常用锂电知识问答

1，目前业界比较公认的锂电发展路线是什么？

 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。

    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。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）能力密度；（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）锂原素含量高，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。

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