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预锂化是什么,派勒智能告诉你

2018-06-28 派勒智能 3449

1,目前业界比较公认的锂电发展路线是什么?

2020年是多阳离子电极,主要以NCM、NCA复合正极材料,负极以C以及部分硅碳复合为主,能量密度大概300-350wh/kg。

2020-2025年,以全固态锂离子电池为主,金属锂负极或硅碳负极。能量密度400wh/kg,同时开发钠离子电池,钠比锂更加廉价,但比锂离子大,且存在液态记忆。

2025年后,主要以锂硫电池-->锂金属电池-->>锂空气电池发展为主,这类电池,能量密度更高,材料的可取性也越来越方便,但目前存在较多难题,还需要继续去攻克,锂硫电池是以硫元素作为电池正极,金属锂作为负极的一种锂电池。单质硫在地球中储量丰富,具有价格低廉、环境友好等特点。利用硫作为正极材料的锂硫电池,其材料理论比容量和电池理论比能量较高,分别达到 1675m Ah/g 和2600Wh/kg ,远远高于商业上广泛应用的三元电池。

经过研发人员和工程师的不懈努力,从铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池,走到磷酸铁锂电池,再到现在主流的三元电池,每一次的提升,都是一代人的努力,基于提升锂电池的安全性、能量密度、倍率性能,再结合目前电池研发现状,总结出了未来锂电池的一个发展路线。

并且硫是一种对环境友好的元素,对环境基本没有污染,是一种非常有前景的锂电池;锂金属电池,用锂金属箔来取代石墨,它可以容纳更多的离子,但通常锂金属箔与电解质会产生不良反应,从而导致电解质过热,甚至导致燃烧,这一技术能将当前锂电池的体积缩小一半,从理论上来说,如果电池体积不变,在搭载锂金属电池的情况下,电动汽车的续航里程将提升一倍;锂空气电池,是一种用锂作阳极,以空气中的氧气作为阴极反应物的电池。锂空气电池比锂离子电池具有更高的能量密度,因为其阴极(以多孔碳为主)很轻,且氧气从环境中获取而不用保存在电池里,理论上,由于氧气作为阴极反应物不受限,该电池的容量仅取决于锂电极,其比能为5.21kWh/kg(包括氧气质量),或11.4kWh/kg(不包括氧气)。

2,能量载体基本要求有哪些?

(1)原子相对质量要小;
(2)得失电子能力要强;
(3)电子转移比例要高。

3,电池的主要指标有哪些?

(1)容量;
(2)能量密度;
(3)充放电倍率;
(4)电压;
(5)寿命;
(6)内阻;
(7)自放电;
(8)工作温度范围。

4,正极材料(LFP、NCM、LiCo等)特性有哪些?

(1)较高的氧化还原反应电位,高输出电压;
(2)锂元素含量高,能量密度高;
(3)化学反应中结构稳定;
(4)电导率高;
(5)化学稳定性和热稳定性好,不易分解和反应;
(6)价格便宜;
(7)制作工艺相对简单,适合大规模生产;
(8)对环境友好,污染低。

5,负极材料(Li、C、AL、钛酸锂等)特性有哪些?

(1)层状结构或者隧道结构,利于脱嵌;
(2)结构稳定,良好的充放电可逆性和循环性能;
(3)锂离子尽可能多的插入和脱嵌;
(4)氧化还原电位低;
(5)首次不可逆放电容量低;
(6)与电解质溶剂相容性较好;
(7)价格低廉,材料易得;
(8)安全性好;
(9)环境友好。

6,提高电池能量密度的途径通常有哪些?

(1)提高正负极活性物质占比;
(2)提高正负极材料的比容量(克容量);
(3)减重瘦身。

7,如何提高锂离子电池的充放电倍率?

(1)提高正负极的锂离子扩散能力;
(2)提高电解质的离子电导率;
(3)降低电池内阻(欧姆内阻和极化内阻)。

8,哪些因素影响锂离子电池的循环寿命?

(1)负极金属锂沉积;
(2)正极材料的分解;
(3)SEI的形成和再次消耗;
(4)电解质的影响,主要表现在:总量减少,有杂质存在 ,水渗入;
(5)隔膜阻塞或破坏;
(6)正负极材料脱落;
(7)外部使用因素。

9,锂离子电池内部材料反应分解温度?

(1)SEI膜分解,电解液放热反应,130℃;
(2)电解质分解,产热,130℃-250℃;
(3)正极材料分解产生大量气体和氧,180℃-500℃;
(4)粘结剂和负极活性物质的反应,240℃-290℃。
一般由于过充、大倍率放电、内部短路、外部短路、振动、碰撞、跌落、冲击等造成短路,产生大量热和气体的一个过程。

10,未来最具潜力的几种锂电池材料

(1)硅碳复合负极材料,能量密度高,产业化400wh/kg以上,但体积膨胀严重,循环差;
(2)钛酸锂,循环10000次以上,体积变化<1%,不形成枝晶,稳定性极好,可快速充电,但价格高,能量密度低,约170wh/kg;
(3)石墨烯,可用于负极材料和正极添加剂,导电性极好,离子传输快,首效差,约65%,循环差,价格高;
(4)富锂锰基电池,能量密度约900wh/kg,原材料丰富,但首效低,安全和循环差,倍率性能偏低;
(5)NCM三元材料,一般在250wh/kg,配上硅碳负极,约在350wh/kg;
(6)CNTs,碳纳米管,导电性能优越,优异的热传导性;
(7)涂覆隔膜,基膜+PVDF+勃姆石,提高隔膜耐收缩性、热传导低,防止全部热失控;
(8)高电压电解液,这个就不用说了,随着能量材料能量密度,电压也相应提高;
(9)水性粘结剂,出于环境保护和健康。

预锂化,讲这个之前,先给大家讲一下,半电池(正极为正极材料,负极为金属锂片)和全电池的首效问题。

这是钴酸锂半电池首效,不理解全电池和半电池没关系,你就理解成这是正极材料的首效。半电池的首次充电容量要略高于首次放电容量,也就是说,充电时从正极脱嵌的锂离子,并没有100%在放电时回到正极。而首次放电容量/首次充电容量,就是这个半电池的首次效率。

三元的首次效率是最低的,一般为85~88%;钴酸锂次之,一般是94~96%;磷酸铁锂比钴酸锂略高一点,为95%~97%。正极材料的首效主要是由于发生脱嵌后,正极材料结构发生变化,没有足够的嵌锂位置,锂离子无法在首次放电时全部回来。

石墨电池半电池和正极不一样的是,石墨做正极,金属锂片做负极,故而先放电,而石墨的首效明显低于正极材料的首效,主要原因就是锂离子穿过电解质,会在石墨表面形成SEI膜,消耗了大量锂离子。而为了SEI膜献身的锂离子则无法回到负极。全电池首次效率,从电池注液后,需要经过化成(仅充电)和分容这(有充放电)的工序,一般而言,化成以及分容第一步都是充电过程,二者容量加和,就是全电池首次充入容量;分容工步的第二步一般是从满电状态放电至空电,因此此步容量为全电池的放电容量。将二者结合起来,就得到了全电池首次效率的算法:全电池首次效率=分容第二步放电容量/(化成充入容量+分容第一步充入容量)日常中一般为了减少偏差,取第二次完全放电容量为电池容量。

综上,我们可以得出一个结论。若电池正极使用了首次效率为88%的三元材料,而负极使用了首次效率为92%的石墨材料。对这款全电池而言,首次效率就是88%,也就是当正极首效为88%、负极首效为92%时,全电池的首效为88%,与较低的正极相等。

当然,除了电池材料影响首效,电极材料的比表面积也是一个重要的影响因素,石墨的比表面积越大,形成的SEI膜越大,需要消耗的锂离子更多,首效更低。此外还与电池的化成充电制度有关,充入合适的SOC,也会一定程度上影响电池的首效。

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