详解要怎么样选择锂离子电池的电极材料

　　锂离子电池在使用的过程中，能够进行二次充电，属于一种二次可充电电池，紧要工作原理为锂离子在正负极之间的反复移动，无论电池的形状要怎么样，其紧要组成部分都为电解液、正极片、负极片以及隔膜。目前，国际上锂离子电池的加工地紧要聚集在我国、日本和韩国，紧要的锂离子使用市场为手机和电脑。随着锂离子电池的不断发展，使用范畴也在逐渐的张大，其在正极材料的使用方面已经由单一化向多元化的方向转变，其中包括：橄榄石型磷酸亚铁锂、层状钴酸锂、尖晶石型锰酸锂等等，实现多种材料的并存。

　　从技术发展方面能够看出，在日后的发展中还会出现更多新型的正极材料。有关动力锂离子电池的正极材料来说，其在成本费用、安全性能、循环能力以及能量密度等多个方面都具有较为严格的要求。在使用材料范畴中，由于钴酸锂的费用较高、安全性较低，因此在详尽的使用中通常适用于一般消费类电池，难以符合动力锂离子电池的相关要求。而上述列举的其他材料均已在目前的动力锂离子电池中得到了充足的利用。在锂离子电池材料中，负极材料属于紧要的组成部分，能够对整体电池的性能出现较大影响。目前，负极材料紧要被划分为两个类别，一种为商业化使用的碳材料，例如天然石墨、软碳等，另一类为正处于研发状态，但是将来方向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。

　　1碳负极材料：此种类型的材料无论是能量密度、循环能力，还是成本投入等方面，其都处于表现均衡的负极材料，同时也是促使锂离子电池诞生的紧要材料，碳材料可以被划分为两大类别，即石墨化碳材料以及硬碳。其中，前者紧要包括人造石墨以及天然石墨。人造石墨的形成过程为：在2500℃以上的温度中，将软碳材料进行石墨化解决之后得到，MCMb属于人造石墨中比较常用的一种，其结构为球形，表面质地较为光滑，直径约莫为5-40μm。由于受其表面光滑程度影响，使电极表面以及电解液之间发生反应的几率降低，进而降低了不可逆容量。同时，球形结构能够方便锂离子在任何方向进行嵌入和脱出活动，对保障结构稳定具有较大的促使用途。天然石墨也具有诸多优点，其结晶度较高、可嵌入的位置较多，并且价格较低，是较为理想的锂离子电池材料。但其也存在一定的弊端，例如在与电解液反应时，相容性较差，在进行粉碎时表面存在诸多缺陷等，这都将对其充电或放电的性能出现较大的不利影响。

　　此外，硬碳的形成过程为：在2500℃的状态下，难以执行石墨化的碳材料，其紧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，详尽如图1所示。在其表面具有大量纳米孔的无定形区域，在容量方面远远超过石墨的标准容量，进而对循环能力出现较大的不利影响。

　　图1高倍显微镜下的扫描电镜图

　　2硅负极材料：由于硅物质的储存量较为丰富，且价格较为低廉，因此将其作为新型负极材料使用到锂离子电池中十分理想。但是，由于硅属于半导体，电导率较差，并且在嵌入的过程中将会使体积膨胀成以往的数倍，最高膨胀度能够达到370%，这将导致活性硅粉化和脱落，难以与电子进行充足的接触，进而使得容量迅速缩减。要想使硅在锂离子电池材料中得到良好的使用，使其在充电或者放电的过程中，能够对其体积进行有效的控制，进而使其容量和循环能力得到极大的保障，可以采用以下几种方式来实现，第一，使用纳米尺寸的硅。第二，将硅与非活性基体、活性基体、粘接剂相结合。第三，利用硅薄膜，其已经被视为是下一代最为适用的商用负极材料。

　　3锂离子电池正极材料

　　钴酸锂作为正极材料，被使用的时间最早，并且直至目前依然属于消费电子产品中居于主流的正极材料。钴酸锂与其他正极材料相比较能够看出，其工作过程中电压较高，充电或者放电时电压运行较为平稳，能够符合大电流的要求，具有较强的循环性能，电导效率较高，材料以及电池等工艺较为稳定。但是其也存在许多缺点，例如资源较为短缺，价格较贵，钴含有毒性，使用时具有一定的危险，并且会对环境出现不良影响。尤其是其安全性不能得到切实的保障，这将成为制约其广泛发展的紧要因素。在对其进行的研究中，以Al3+、Mg2+、Ni2+等金属阳离子掺杂最为广泛，随着科研的不断推进，目前采用Al3+与Mg2+等金属阳离子掺杂形式更是已开始投入使用。在钴酸锂的制备方面，紧要包括两种办法，即固相合成法以及液相合成法。在工业中普遍使用的是高温固相合成法，它紧要利用锂盐，例如Li2CO3或LiOH等，与钴盐如CoCO3等，按照1:1的比例进行融合，并且在600℃至900℃高温的状态下进行煅烧而形成。目前市场中对钴酸锂材料的使用紧要为二次电池市场当中，并且也成为小型高密度锂离子电池材料的最佳选择。

　　三元正极材料具有较为显著的三元协同效应，其与钴酸锂相比较能够看出，在热稳定性方面存在较大的优点，并且加工成本较为低廉，能够成为钴酸锂最佳代替材料。但是其密度较低、循环性能方面也有待提高。对此，可以采用改进合成工艺以及离子掺杂等进行调整。三元材料紧要使用于钢壳、铝壳等圆柱形锂离子电池当中，但在软包电池中由于受到膨胀因素影响，使其的使用受到较大限制。在将来的使用中，其发展方向紧要有两个方面：第一，向着高锰方向，紧要在蓝牙、手机等小型便携式设备方面发展。第二，向着高镍方向，紧要在电动自行车、电动汽车等对能量密度需求较高的范畴中进行使用。

　　磷酸亚铁锂在充电和放电方面具有良好的循环性能以及热稳定性，在使用过程中具有较强的安全保障，并且该材料绿色环保，不会对环境造成严重的损害，同时价格也较为低廉，被我国电池工业认为是进行大型电池模块加工的最佳材料。目前的紧要使用范畴有：电动汽车、便携式移动充电电源等，在将来发展中将会朝着储能电源、便携式电源方向深入发展。

　　锰酸锂在使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富，因此价格较为低廉，对环境的污染较小，无毒无害，工业制备操作较为简便。但是其在充电或者放电过程中，由于尖晶石结构不稳定，容易出现Jahn-Teller效应，再加上高温状态下锰的溶解，容易缩减电池容量，因此其使用也受到了较大的限制。目前，锰酸锂的使用范围紧要是小型电池，例如手机、数码产品等，在动力锂离子电池方面与磷酸铁锂能够互为替代，因此出现了强烈的竞争，其发展方向将会向着高能量、高密度、低成本的趋势发展。

　　锂离子电池产品呈现出蓬勃发展的态势，随着科学技术的发展，智能手机、电脑等产品得到广泛的使用，这将使得对锂离子电池的需求量变大，为其带来较大的发展机遇。同时，车载锂离子以及储能电源等也逐渐得到发展，为锂离子电池供应了新的上升点。由此可见，在将来的发展中，必会增强对此方面的研究力度，使锂离子电池的用途发挥到更大，这也将带动其电池材料不断得到更新换代。