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锂离子电池10问答

来源:用户分享 时间:2025/5/16 20:21:07 本文由loading 分享 下载这篇文档手机版
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1、你是做电化学的,肯定对一些电极材料做电化学测试其性能是必不可少的!我想问问两电极和三电极测试到底有什么实质性的区别?仅仅是有无参比电极的问题吗?再者如果没有参比电极的话,测试的图形好像不是很稳定?它们测试的CV图有什么不同呢?哪个测试方法要准确一些呢?

二电极:工作电极和辅助电极;三电极:工作电极/辅助电极与参比电极。装置在工作的时候,会产生电化学极化和浓差极化,三电极体系因为参比电极的作用能够精确的控制电势差,减少误差。二电极法操作简单,但由于无参比或参比与对电极,所以比较适用于恒电流沉积;三电极稍微复杂,但适于恒电位,恒电流,循环伏安,脉冲等等各种电化学沉积。但是总体上来说的话,两电极和三电极并没有实质区别的,关键在于你研究的体系,两电极法对设备要求简单,应用较多。而三电极法虽然误差较小,但是装置搭建和对仪器设备的要求也较高,故在我们的研究体系中我们采用的是两电极的方法进行研究的。

如果从应用上来说的话,1.假如要表征一个扣式电池(或者是其他得电池)得总体阻抗得话,一般选择两电极体系,即装配好得扣式电池即可;假如要表征材料得性质,要用到三电极体系,因为参比得引入消除或者减少了对电极得影响,更能表征研究对象得电阻。 2、能否比较客观的分析一下锂离子电池的发展前景

锂离子电池现在的应用市场和应用范围是有目共睹的。大家也都热火朝天的在做很多方便的研究。但是中国的锂电池工艺技术远落后于现在的日本和韩国,不仅仅是在电池的制造技术上,还是在基础研究上。我个人觉得,对于锂电池今后应该是朝着更加安全,容量更加高,和整体开发运用上去发展(包括电芯制造技术,电池管理系统和电池运用技术)。前景是无容置疑的!我个人觉得在今后至少20年的时间内还不会有其他的能源出来取代其强势发展地位!

3、根据您的了解浅谈一下国内哪个所,哪所高校对锂离子电池的研究做的比较多,尤其是在产业化方面有突出贡献的。

负极材料方面:国内高校及研究院研究者中最为有名的是陈立泉院士课题组

正极材料:中南大学的胡国荣教授研究的钴酸锂(在湖南瑞祥已经商业化),高性能三元材料,现在正在研究二元材料,已经取得了研究突破。

电子部第十八研究所(天津电源研究所),天津力神的强有力后盾支持者。

中科院化学所的隔膜生产研究,2007年11月成功建成并投产了一条年产聚丙烯微孔膜600 万平方米的生产线。

4、构成锂电池的四大材料指的是哪四大材料? 正极材料、负极材料、电解液和隔膜 5、浅谈一下您所了解的正极材料有哪些?

嵌锂过渡金属氧化物:比如磷酸铁锂、磷酸钴锂、磷酸锰锂、钴酸锂、锰酸锂、钒酸锂、硅

酸铁锂、硅酸锰锂,二元,三元等。

目前研究较多的锂离子电池正极材料有LiCoO2、镍钴二元,镍钴锰、锰类化合物、LiFePO4等

6、以个别正极材料为例,浅谈一下您对其发展的看法?

1、钴酸锂:钴酸锂也是目前应用最为广泛的正极材料,钴产生3.9V(vs. Li)的电势平台,对钴酸锂而言,对应于其理论容量,高达274mAh/g,实际容量可达155mAh/g,具有很高的能量密度。但是对钴酸锂(LixCoO2,00.55 时,材料的容量发生严重的退化,其层状结构倾向于塌陷。另外其资源紧缺也是限制瓶颈之一。 备选答案:钴酸锂:

优点:LiCoO2具有合成方法简单,工作电压高,充放电电压平稳,循环性能好等优点,是最早用于商品化的锂离子电池的正极材料,也是目前应用最广泛的正极材料,其理论容量,高达274mAh/g。

缺点:1、实际容量较低,只有理论容量的一半;2、钴资源有限,价格昂贵;3、钴毒性较大,环境污染大

2、镍酸锂:Ni4+/Ni3+电对能产生3.75V 的电势平台。它能可逆的嵌脱0.7Li,具有接近200mAh/g 的循环容量,但在实际中,很难得到这个结果。首先在高温下,由于Li 的挥发,很难合成化学计量比LiNiO2,高温时六方相的LiNiO2很容易向立方相的LiNiO2转变,这种锂镍置换的立方相的没有电化学活性,而且这个反应的逆过程很慢并且不完全。此外在充放电过程中,LiNiO2还会发生一系列的结构变化,而导致嵌锂容量的损失。实际上镍酸锂无太大实用价值。 备选答案:镍酸锂:

优点:与LiCoO2相似,LiNiO2正极材料的理论容量为275mAh/g,实际容量达到180-200 mAh/g。相对于LiCoO2而言,镍的储量比钴大,价格便宜,而且环境污染小。

缺点:与LiCoO2相比,LiNiO2的制备条件比较苛刻,其组成和结构随合成条件的改变而变化。

3、镍钴二元材料和多元复合材料:由于半径相近,Ni 和Co 几乎可以以任何比例形成固溶体。近几年来,多元混合掺杂的层状氧化物得到了大量的研究,不同金属原子比例的镍钴锰多元材料得到了研究,但是颗粒形貌和粒度分布不得到有效的控制,只有在足够高的电势下(大于4.5V)才能获得180mAh/g 的容量,此外没有从根本上改变钴系材料的特点。

4、锰酸锂:与钴酸锂和镍酸锂相比,锰酸锂原料来源广泛,价格非常便宜(只有Co 的10%),而且没有毒性,对环境友好。曾一度被认为是替代LiCoO2的首选锂离子电池正极材料。尖晶石LiMn2O4 的容量衰减主要来源于:一方面为强烈的电子-晶格作用,即Jahn-Teller 效应,在放电过程中,尖晶石颗粒表面会形成Li2Mn2O4或形成Mn 的平均化合价低于3.5 的缺陷尖晶石相,这会引起结构不稳定,造成容量的损失。另一个方面在于循环过程中Mn 的溶解流失,由Mn3+很容易发生歧化反应,生成Mn2+和Mn4+;Mn2+溶解于电解液中而造成Mn 的流失。所以一直以来市场受到严重限制。

5、磷酸铁锂: LiFePO4为橄榄石型结构,理论容量为170 mAh/g。具有价格低廉、电化学性能好、对环境友好无污染等优点。在充放电过程中,Li+的可逆嵌脱,对应于Fe3+/Fe2+的互相转换,电压平台在3.5 V(vs.Li+/Li),且平台较长。由于P-O键键强非常大,所以PO4四面体很稳定,在充放电过程中起到结构支撑作用,因此LiFePO4有很好的抗高温和抗过充电性能,同时由于LiFePO4和完全脱锂状态下的FePO4的结构很相近,所以LiFePO4的循环性能也很好。 备选答案:磷酸铁锂:

优点:1、优异的安全性能2、优异的循环稳定性,8000次高倍率充放电循环,不存在安全问题。3、适于小电流放电,温度越高材料的比容量越大。4、成本低,环保。5、材料结构的动力学和热力学稳定性很高。

缺点:在结构中由于八面体之间的PO4四面体限制了晶格体积的变化,从而使得Li 的嵌入脱出运动受到影响,造成LiFePO4材料极低的电子导电率和离子扩散速率,决定了纯的LiFePO4只适合于小电流密度下的充放电。当电流密度增大时,比容量迅速下降。室温下,即使以小电流充放电,其放电比容量都很难达到理论比容量

6、至于钒酸锂,硅酸铁锂,硅酸锰锂这些都还处在实验室研究阶段,研究的人比较多,优点也不少,但是其缺陷性也比较大,而且钒酸锂的污染比较大,也有毒。 7、目前,开发和使用的锂离子电池负极材料主要有哪些,请简单举例

电位接近锂电位的可嵌入锂化合物:主要有石墨、软碳(softCarbon)、硬碳(Hard Caobon)等。在石墨中有天然石墨、人造石墨(改性石墨)、石墨碳纤维。在软碳中常见的有石油焦、针状焦、碳纤维、中间相碳微球(Mesocarbon Microbends,缩写M C M B ) 等。硬碳是指高分子聚合物的热解碳。常见的有树脂碳、有机聚合物热解碳、碳黑等。

8、你们实验过程中所用的电解液是什么?是购买还是自己配置,怎么配置的?

锂电池电解液是由六氟磷酸锂(LiPF6有机溶剂配成,六氟磷酸锂由五氯化磷和溶解在无水

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