锂电池都需要使用到什么正负极？材料都有什么特性？应用都在什么领域？

锂离子电池常用的正极材料有锰酸锂，钴酸锂，磷酸铁锂以及三元材料等，常用的负极材料包括碳材料及硅基材料等。

离子电池在运用的进程中，能够进行二次充电，归于一种二次可充电电池，首要作业原理为锂离子在正负极之间的重复移动，不论电池的形状怎样，其首要组成部分都为电解液、正极片、负极片以及隔阂。现在，国际上锂离子电池的出产地首要会合在我国、日本和韩国，首要的锂离子运用商场为手机和电脑及轿车。

图/锂离子电池现已广泛运用于日子傍边

跟着锂离子电池的不断展开，运用领域也在逐步的扩展，其在正极材料的运用方面现已由单一化向多元化的方向改变，其间包括：橄榄石型磷酸亚铁锂、层状钴酸锂、尖晶石型锰酸锂等等，完结多种材料的并存。

从技术展开方面能够看出，在日后的展开中还会产生更多新式的正极材料。关于动力电池的正极材料来说，其在本钱费用、安全功用、循环才干以及能量密度等多个方面都具有较为严厉的要求。

在运用材料领域中，由于钴酸锂的费用较高、安全性较低，因此在详细的运用中一般适用于一般消费类电池，难以符合动力电池的相关要求。而上述列举的其他材料均已在现在的动力电池中得到了充分的运用。

在锂离子电池资猜中，负极材料归于重要的组成部分，能够对整体电池的功用产生较大影响。现在，负极材料首要被划分为两个类别，一种为商业化运用的碳材料，例如天然石墨、软碳等，另一类为正处于研制情况，但是商场前景一片大好的非碳负极材料，例如硅基材料、合金材料、锡金材料等等。

图/硅碳负极材料结构示意图

碳负极材料

此种类型的材料不论是能量密度、循环才干，仍是本钱投入等方面，其都处于体现均衡的负极材料，一同也是促进锂离子电池诞生的首要材料，碳材料能够被划分为两大类别，即石墨化碳材料以及硬碳。其间，前者首要包括人工石墨以及天然石墨。

图/人工石墨图

人工石墨的构成进程为：在2500℃以上的温度中，将软碳材料进行石墨化处理之后得到，MCMB归于人工石墨中比较常用的一种，其结构为球形，表面质地较为润滑，直径大约为5-40μm。由于受其表面润滑程度影响，使电极表面以及电解液之间产生反应的几率下降，从而下降了不可逆容量。一同，球形结构能够便利锂离子在任何方向进行嵌入和脱出活动，对确保结构安稳具有较大的促进效果。

天然石墨也具有许多优势，其结晶度较高、可嵌入的方位较多，并且价格较低，是较为抱负的锂离子电池材料。但其也存在必定的坏处，例如在与电解液反应时，相容性较差，在进行破坏时表面存在许多缺陷等，这都将对其充电或放电的功用产生较大的晦气影响。

此外，硬碳的构成进程为：在2500℃的情况下，难以施行石墨化的碳材料，其首要为高分子化合物的热解碳，通过高倍显微镜能够看出，其是由许多纳米小球堆积而成，整体呈现出花团簇状。在其表面具有很多纳米孔的无定形区域，在容量方面远远超越石墨的标准容量，从而对循环才干产生较大的晦气影响。

硅负极材料

由于硅物质的储存量较为丰厚，且价格较为贱价，因此将其作为新式负极材料运用到锂离子电池中十分抱负。但是，由于硅归于半导体，电导率较差，并且在嵌入的进程中将会使体积胀大成以往的数倍，最高胀大度能够达到370%，这将导致活性硅粉化和坠落，难以与电子进行充分的触摸，从而使得容量敏捷减缩。

图/纳米硅和二氧化硅复合负极材料

要想使硅在锂离子电池资猜中得到杰出的运用，使其在充电或许放电的进程中，能够对其体积进行有效的控制，从而使其容量和循环才干得到极大的确保，能够选用以下几种办法来完结，榜首，运用纳米标准的硅。第二，将硅与非活性基体、活性基体、粘接剂相结合。第三，运用硅薄膜，其现已被视为是下一代最为适用的商用负极材料。

锂离子电池正极材料

1.钴酸锂

作为正极材料，被运用的时刻最早，并且直至现在依然归于消费电子产品中居于干流的正极材料。钴酸锂与其他正极材料相比较能够看出，其作业进程中电压较高，充电或许放电时电压运转较为平稳，能够符合大电流的要求，具有较强的循环功用，电导功率较高，材料以及电池等工艺较为安稳。

图/钴酸锂晶体结构

但是其也存在许多缺陷，例如资源较为短少，价格较贵，钴含有毒性，运用时具有必定的危险，并且会对环境产生不良影响。尤其是其安全性不能得到实在的确保，这将成为束缚其广泛展开的重要要素。

在对其进行的研讨中，以Al3+、Mg2+、Ni2+等金属阳离子掺杂最为广泛，跟着科研的不断推进，现在选用Al3+与Mg2+等金属阳离子掺杂形式更是已开端投入运用。

在钴酸锂的制备方面，首要包括两种办法，即固相组成法以及液相组成法。在工业中广泛运用的是高温固相组成法，它首要运用锂盐，例如Li2CO3或LiOH等，与钴盐如CoCO3等，依照1:1的比例进行融合，并且在600℃至900℃高温的情况下进行煅烧而构成。现在商场中对钴酸锂材料的运用首要为二次电池商场傍边，并且也成为小型高密度锂离子电池材料的最佳选择。

2.三元正极材料

具有较为明显的三元协同效应，其与钴酸锂相比较能够看出，在热安稳性方面存在较大的优势，并且出产本钱较为贱价，能够成为钴酸锂最佳替代材料。但是其密度较低、循环功用方面也有待进步。对此，能够选用改进组成工艺以及离子掺杂等进行调整。

锂电池常用正负极材料特性及运用领域

图/三元正极材料归纳功用图示

三元材料首要运用于钢壳、铝壳等圆柱形锂离子电池傍边，但在软包电池中由于遭到胀大要素影响，使其的运用遭到较大束缚。在未来的运用中，其展开方向首要有两个方面：榜首，向着高锰方向，首要在蓝牙、手机等小型便携式设备方面展开。第二，向着高镍方向，首要在电动自行车、电动轿车等对能量密度需求较高的领域中进行运用。

3.磷酸亚铁锂

在充电和放电方面具有杰出的循环功用以及热安稳性，在运用进程中具有较强的安全确保，并且该材料绿色环保，不会对环境形成严峻的危害，一同价格也较为贱价，被我国电池工业认为是进行大型电池模块出产的最佳材料。现在的首要运用领域有：电动轿车、便携式移动充电电源等，在未来展开中将会朝着储能电源、便携式电源方向深入展开。

锂电池常用正负极材料特性及运用领域

图/磷酸铁锂电池内部结构

4.锰酸锂

在运用中具有较强的安全性以及抗过充性，由于我国锰资源较为丰厚，因此价格较为贱价，对环境的污染较小，无毒无害，工业制备操作较为简洁。但是其在充电或许放电进程中，由于尖晶石结构不安稳，简略产生Jahn-Teller效应，再加上高温情况下锰的溶解，简略减缩电池容量，因此其运用也遭到了较大的束缚。

锂电池常用正负极材料特性及运用领域

图/锰酸锂尖晶石结构

现在，锰酸锂的运用规划首要是小型电池，例如手机、数码产品等，在动力电池方面与磷酸铁锂能够互为替代，因此产生了激烈的竞赛，其展开方向将会向着高能量、高密度、低本钱的趋势展开。

结束语

锂离子电池产品呈现出蓬勃展开的态势，跟着科学技术的展开，智能手机、电脑等产品得到广泛的运用，这将使得对锂离子电池的需求量变大，为其带来较大的展开机会。一同，车载锂离子以及储能电源等也逐步得到展开，为锂离子电池供给了新的增长点。由此可见，在未来的展开中，必会加强对此方面的研讨力度，使锂离子电池的效果发挥到更大，这也将带动其电池材料不断得到更新换代。