固态电解质、粘结剂、导电剂......锂电池中的粉体材料 你知道几种

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正极

已经商业化的正极材料有钴酸锂(LiCoO2)、锰酸锂(LiMn2O4)、三元正极材料(LiNixMnyCozO2)和磷酸铁锂(LiFePO4)等。

钴酸锂(LiCoO2)：在常温下为玄色固体，是一种无机化合物，具有性能稳定、合成大略方便、高的电化学性能和循环寿命等特性，是锂离子电池比较空想的，首个成功商业化的锂离子电池正极材料，目前紧张用于3C电池领域。

锰酸锂(LiMn2O4)：黑灰色粉末，运用于锂电池时具有立方尖晶石晶体构造，含有三个锂离子空间传输通道。
因此，与其他正极材料比较，锰酸锂正极材料具有更高的离子扩散速率，适宜须要高倍率充电的锂离子电池。

三元正极材料(LiNixMnyCozO2)：指的是镍钴锰三元正极材料，即在LiCoO2根本上，用Ni和Mn取代部分Co而得到的一种新材料。
它既继续了LiCoO2的稳定性，又继续了LiNiO2的高可逆容量，还继续了LiMnO2高安全性等优点。
相较于钴酸锂，三元材料中Co的身分降落，使得本钱降落。
这些上风使三元材料成为目前最具有广阔发展前景的新型锂离子电池正极材料之一。

磷酸铁锂(LiFePO4)：具有橄榄石型构造，不含有钴、镍等贵重元素，质料价格较低，且磷、铁、锂在地壳中资源丰富，可以知足年产百万吨级以上的市场需求。
作为正极材料，LiFePO4事情电压适中（3.2V）、比容量高（170mAh/g）,放电功率大，可快速充电，且循环寿命长，在高温与高热心况下的稳定性要好。

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负极

目前负极材料有石墨材料、硬碳材料、软碳材料、钛酸锂、硅基材料等，个中石墨负极材料运用最多，硅基负极材料前景最广。

石墨负极材料：紧张由石墨构成，具有较高的导电性、较高的能量密度、良好的化学稳定性和较低的制造本钱等特点，分为天然石墨和人造石墨两种。
湖南大学刘洪波教授在接管粉体网采访时表示，未来10年，石墨负极材料仍将是市场主流。

硬碳材料：硬碳是经高温处理后不会石墨化的碳，其内部晶体排列无序、层间距大，这使得硬碳负极在同等体积下可以储存更多的电荷，提高了电池的能量密度和续航能力。

软碳材料：软碳常日是指在2500℃以上随意马虎石墨化的碳，其有序度较高，有低而平稳的充放电电位平台，具备充放电容量大且效率高、循环性能好的优点。
其微不雅观构造由烧结温度决定，在低于1000℃下制备的软碳材料具有大量毛病，供应了大量的储锂活性位点，有利于锂离子在个中顺利脱嵌。

钛酸锂：呈白色粉末状，具有较高锂离子脱嵌电位(1.55V vs Li/Li+)，作为电极材料利用时具有较高安全性；其余，该材料为“零应变”电极材料，锂离子在个中嵌入和脱出过程中，材料的构造险些不发生变革，理论上有无限长的循环寿命。
因此，其作为储能和动力锂电池负极材料有着很大的研究代价和商业运用前景。

硅基材料：紧张分为纳米硅和氧化亚硅，对应硅基负极的两条路线是硅碳负极和硅氧负极。
硅基负极具有非常高的比容量和比能量密度，理论上，硅材料的比容量是碳材料的10倍以上，比能量密度也赶过5倍旁边，因此硅基负极被认为是最具潜力的下一代锂电池负极材料。

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黏结剂

黏结剂有聚偏氟乙烯(PVDF)和丁苯橡胶(SBR)等，个中PVDF可用于正极和负极，SBR常日用于负极。

聚偏氟乙烯(PVDF)：PVDF具有极佳的化学稳定性和耐堕落性，可有效抵抗锂电池中极性有机溶剂电解液的侵蚀，且具有较好的粘结性能、优秀的机器性能和加工性；此外，PVDF还有足够的柔韧性，担保活性物质在反复膨胀和紧缩过程中不脱落，电极微粒间的结合不被毁坏，因此PVDF在锂电池正极粘结剂中被广泛利用，目前占比可达90%。

丁苯橡胶(SBR)：SBR是一种运用广泛的水性粘结剂，尤其在锂电负极粘结剂中，其运用占比高达98%。
这种粘结剂具有精良的粘结强度、良好的机器稳定性和可操作性。
作为关键电芯材料之一，SBR的紧张浸染是供应负极活性物质颗粒之间，以及活性物质层与集流体之间的粘结力。
同时，它还能提升电池的动力学性能，降落阻抗并供应精良的循环稳定性。

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导电剂

导电剂在锂电池中是一种为了担保电极具有良好充放电性能的试剂，在活性物质之间、活性物质与集流体之间网络微电流，之后将微电流搜集在集流体如铝箔、铜箔上形成大电流，终极向用电器运送。
导电剂的加入能通过这种办法减小电极的打仗电阻，加快电子移动速率和锂离子在电极材料中的迁移速率，提高电子电导率，从而提高电极的充放电效率。
常用的导电剂有炭黑、气相成长碳纤维(VGCF)和碳纳米管(CNT)等。

炭黑：一种无定形碳，呈轻、松而极细的玄色粉末状，紧张采取有机物（天然气、重油等）不完备燃烧或受热分解而得到，并通过高温处理以提高其导电性与纯度。
炭黑是目前利用最为广泛的锂电池导电剂，炭黑颗粒的高比表面积、堆积紧密有利于颗粒之间紧密打仗在一起，组成了电极中的导电网络。
通过覆盖活性物质粒子，在间隙内添加导电炭黑，正负极之间的嵌入和脱嵌活动大大提高。

气相成长碳纤维(VGCF)：VGCF具备较高的波折模量和低热膨胀系数，以是添加此类导电剂的极片常日有较好的柔韧性和机器稳定性，适宜用于须要龟龄命、高输出的汽车用锂电池。

碳纳米管(CNT)：CNT的阻抗仅为炭黑的一半，低阻抗带来了良好的导电性，改进极化征象，使循环性能更好；炭黑的添加量约为正极材料重量的3%，而CNT的添加量只有0.8%~1.5%，低添加量可为活性材料节约空间，从而提高能量密度。
但CNT不易分散，目前工业上一样平常采取高速剪切、添加分散剂、超细磨珠静电分散等工艺来处理。

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固态电解质

常见的粉体形式的固态电解质：

高纯二硫化锗粉末(GeS2)：白色粉末状，具有高离子导电性、高化学稳定性和龟龄命等优点，具有极高的纯度，可以达到99.99%乃至99.999%的纯度。

锂镧锆氧氧化物（LLZO）：具有精良的离子电导率，可达1.5x10-4S/cm，可用于固态锂电池的制备。
这种材料可以通过溶胶凝胶方法、湿化学法（如低温燃烧合成法、微乳液法、注凝成型技能等）制备。

锂镧锆钽氧氧化物（LLZTO）：具有高离子导电性、精良的化学稳定性和热稳定性。
通过优化制备工艺和晶体构造，可以进一步提高其电学性能，从而知足高性能固态电池的需求。

此外，还有其他固态电解质粉末，如硫酸钡、锂磷硫氯高稳定性硫化物固态电解质、锂锗磷硫硫化物固态电解质等。

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隔膜

由于传统的隔膜在高温下的稳定性较差，严重影响电池的安全性，很难知足大功率系统的哀求。
以是，有了通过添加粉体涂层的办法对隔膜进行改性，因此，这些改性隔膜也是含有粉体材料的。

氧化铝（Al2O3）：氧化铝在自然界中含量丰富，具有精良的化学惰性、热稳定性和机器性能。
它在工业上已被用作为第一代陶瓷隔膜材料，以改进聚烯烃隔膜的综合性能，同时它也是锂电池隔膜改性中利用量较大的无机粉体。

勃姆石（AlOOH）：勃姆石又称一水合氧化铝，是一类带有结晶水的氧化铝，是一种不可替代的氧化铝先驱体。
AlOOH的生产较-Al2O3更随意马虎，工业上通过三水铝石水热法得到勃姆石浆料，再经由滤、干燥和粉碎分级得到AlOOH超细粉体。

二氧化钛（TiO2）：具有无毒、性能稳定、易于掌握制备的优点，能够提高隔膜的热稳定性和电解液润湿性，并可以接管一些杂质电解质，有助于降落隔膜和电极之间的界面阻抗。
同时，TiO2与电解液之间有较好的相容性，可促进锂离子的运输，提高隔膜的离子电导率，是比较空想的有机高分子隔膜改性材料。
此外，在隔膜中引入TiO2可以减少粒子间应力，提高电池内部的稳定性。

二氧化硅（SiO2）：SiO2是常见热稳定性无机粉体填料，广泛运用于聚合物的添补和改性。
由于其比表面历年夜且易产生大量的硅羟基（Si-OH），在改进隔膜亲水性的同时可提高隔膜的电解液浸润性，进而改进锂离子传输性能，提高电池的电化学性能。
同时SiO2颗粒可作为无机材料增强隔膜的机器强度，能避免负极锂枝晶的连续成长和穿刺，从而避免电池发生热短路。
与Al2O3、AlOOH和TiO2比较，SiO2微不雅观描述更易调控，SiO2纳米球、SiO2亚微米球、SiO2纳米包覆易得到和实现。

来源：中粉固态电池

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