1. Материал электрода

Материал положительного электрода

(1) На основе традиционных катодных материалов (LiCoO2, LiMn2O4, LiFePO4 и т. д.) разработаны различные типы производных материалов для управления морфологией материала, распределением по размерам, удельной площадью поверхности и содержанием примесей путем легирования, нанесения покрытия, корректировки микроструктуры. а также контроль морфологии материала, распределения по размерам, удельной поверхности и содержания примесей, а также другие технические средства для всестороннего улучшения его удельной емкости, скорости, циклируемости, плотности уплотнения, электрохимической, химической и термической стабильности.

(2) Тройные материалы (LiNixCoyMn1-xy) и материалы с высоким содержанием лития (на основе Mn и V) имеют большое пространство для разработки и технических исследований и широкие перспективы применения. Таким образом, тройные материалы никель-кобальт-марганец, материалы на основе ванадия на основе марганца с высоким содержанием лития, композитные катодные материалы с превосходными характеристиками, а также высокоэффективные и энергосберегающие катодные материалы полианионной группы являются основными катодными материалами для литий-ионных аккумуляторов. в будущем, разработка более эффективных и энергосберегающих новых катодных материалов Материалы для преодоления и замены существующих дефектных катодных материалов также являются горячей точкой исследований.

(3) Было подтверждено, что ряд фторидов, оксидов, сульфидов и нитридов переходных металлов обеспечивает многоэлектронный перенос и высокую емкость. Электродный материал, реализующий функцию накопления лития на основе механизма конверсионной реакции, имеет удельную емкость, которая более чем в 2-4 раза выше, чем у традиционного материала электрода литий-ионного аккумулятора на основе механизма интеркаляции и экстракции ионов лития. Однако остается еще много нерешенных проблем, исследований по таким материалам относительно мало, и в механизме еще много неясных мест.

(4) Глядя на литературу, некоторые люди создали органические катодные материалы, которые в основном делятся на проводящие полимеры, серосодержащие соединения, нитроксильные радикальные соединения и карбонильные соединения и т. д. (я мало что знаю об этом, если вы знаю это Надеюсь добавить).

Среди них P1 и P2 представляют собой органические электродные материалы (которые могут быть небольшими молекулами или полимерами), а M+ и A+ представляют собой легированные положительные и отрицательные ионы, обычно Li+, Na+, (C4H9)4N+, Cl\CICV, PF6- и т. д. П1-М+, П2+А-, ПИ+А-, П2-М+ — легированные органические электродные материалы.

Материал анода

(1) Материалы на основе углерода

В том числе важные будущие разработки будут сосредоточены на мощных графитовых анодах и неграфитовых углеродных анодах большой емкости (мягкий углерод, твердый углерод и т. д.) для удовлетворения потребностей будущих силовых и высокоэнергетических батарей. Новые углеродные материалы: такие как углеродные нанотрубки (УНТ), графен, благодаря их особой одномерной и двумерной гибкой структуре, отличной теплопроводности и электропроводности, снижают их стоимость в сторону высокой плотности энергии, высоких циклических характеристик и низкой стоимости.

(2) Неуглеродные материалы

LTO может быть аналогичен материалам на основе углерода. Fe, Ge, Sn, Si и другие металлические или полупроводниковые материалы являются текущими горячими точками исследований. Он может быть сформирован вокруг направлений покрытия, модификации поверхности, нанометризации и компаундирования, чтобы уменьшить его объемное расширение.Стабильная пленка SEI, удельная емкость этого типа металлического материала, особенно Si, очень высока, и он должен быть идеальным катодным материалом для литий-ионных аккумуляторов следующего поколения, но проблемы объемного расширения и SEI неустойчивость не была хорошо решена.Это в определенной степени ограничивает ее развитие, особенно преимущество объемной плотности энергии, связанное с графитовым анодом, намного меньше, чем результаты теоретических расчетов, поэтому это не является абсолютным преимуществом в применении.В конце концов, анодный материал литий-ионного аккумулятора, вероятно, вернется к литию. Сам элемент, литий-металлические перезаряжаемые литий-ионные аккумуляторы, полностью твердотельные литий-ионные аккумуляторы, литий-серные аккумуляторы, литий-воздушные аккумуляторы и другие новые аккумуляторы широко изучены.

2. Электролитные материалы

Важно увеличить окно напряжения электролита, снизить стоимость, диапазон температур электролита, улучшить ионную проводимость твердого электролита и контролировать образование стабильной пленки SEI.

.Жидкий электролит:

На данном этапе в качестве растворителей обычно используются LiPF6, EC плюс один или несколько линейных карбонатов, и тестируются различные типы и случаи путем добавления различных добавок, использования разных растворителей и замены различных солей лития, поскольку LIPF6/EC: Диапазон рабочих температур электролитная система DMC от -20 до 50 °C. На данном этапе также предпринимается много попыток использовать ионные жидкости, которые имеют более широкий диапазон температур, более низкое давление паров, хорошие электрохимические характеристики и электрохимическую стабильность, но очень дороги (используется ионно-алюминиевая батарея профессора Дай Хунцзе Nature). , а затем разработка гелевых/твердых электролитов, во-вторых, высоковольтные электролиты могут быть решены путем очистки растворителей, использования ионных жидкостей, фторкарбонатов, добавления добавок к поверхностной пленке положительного электрода и т. д. Такая же разработка твердых электролитов может также значительно улучшить Диапазон напряжения.

гелевый электролит

Обычно используемыми полимерными электролитными матрицами гелевого типа являются: полиакрилонитрил (ПАН), полиэтиленоксид (ПЭО), полиметакриловая кислота, метиловый эфир (ПММА), поливинилиденфторид (ПВДФ) и т.п. Полимерные электролиты гелеобразного типа меньше загрязняют окружающую среду и обладают лучшими показателями безопасности, а также очень популярны на рынке аккумуляторов. В последние годы тенденция развития заключается в получении высокой пористости, низкого электрического сопротивления, высокой прочности на разрыв и лучшей стойкости к кислотам и щелочам за счет модифицированной сополимеризации или смешивания наночастиц (обычно используемые неорганические наполнители - SiO2, Al2O3).Емкость и хорошая эластичность мембраны электролита.

твердый электролит

Твердые электролиты обычно называют быстрыми ионными проводниками, которые требуют высокой ионной проводимости, низкой электронной проводимости и низкой энергии активации. Честно говоря, я думаю, что твердый электролит должен быть последним BOSS литий-ионного электролита.Его предложение состоит в том, чтобы решить все проблемы литий-ионного электролита на данном этапе, поэтому цель разработки состоит в том, чтобы в корне решить проблемы безопасности литий-ионного электролита. используемая в настоящее время литий-ионная батарея, улучшить плотность энергии, цикличность, срок службы, снизить стоимость батареи и многое другое.

3. Развитие и перспективы

Когда будут решены некоторые проблемы металлического литиевого дендрита и безопасности, металлический литий, вероятно, станет конечным анодным материалом для литий-ионных аккумуляторов. На следующем рисунке показан план разработки ионно-литиевых батарей с точки зрения теоретических расчетов в литературе, от ионно-литиевых батарей до литий-металлических батарей, а затем до литий-топливных элементов питания.

Следовательно, исходя из этого: Для литий-ионных аккумуляторов, с точки зрения увеличения плотности энергии из года в год, будущая тенденция развития перезаряжаемых литий-ионных аккумуляторов может быть следующей:

Новое поколение литий-ионных аккумуляторов с положительными электродами большой емкости, положительными электродами высокого напряжения и отрицательными электродами большой емкости, такими как LiNi1/2Mn3/2O4, xLi2MnO3(1–x)LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2, как положительные электроды и материалы на основе кремния большой емкости в качестве отрицательных электродов литий-ионных аккумуляторов.

Перезаряжаемая литий-ионная батарея с металлическим литием в качестве отрицательного электрода. Фторид графита (CF)n имеет рабочее напряжение 2,9 В и литиевую емкость 800 мА·ч/г. Аккумуляторы Li/(CF)n имеют высокую массовую плотность энергии, но их пока нельзя перезаряжать. Другие литий-ионные батареи, такие как батареи Li/FeF3, Li/MnO2, Li/FeS2, не могут полностью соответствовать требованиям применения с точки зрения производительности цикла, безопасности и других комплексных свойств.

Ожидается, что первой реализацией может быть перезаряжаемая литий-ионная батарея, использующая металлический литий в качестве отрицательного электрода и использующая существующий материал положительного электрода литий-ионной батареи.

Окончательная разработанная батарея с высокой плотностью энергии должна быть перезаряжаемой литий-ионной батареей с металлическим литием в качестве отрицательного электрода и O2, H2O, CO2 и S в качестве положительного электрода.