鋰電池相關(guān)論文概括整理

演講者：xxxppt，鋰電池相關(guān)論文概括整理-目錄一、鋰電池發(fā)展行業(yè)背景01一、鋰電池發(fā)展行業(yè)背景Part1一、鋰電池發(fā)展行業(yè)背景NEXT1、鋰電池發(fā)展外界因素由于環(huán)境問題和能源問題，開發(fā)清潔的可再生能源非常重要2、鋰電池工作的根本性質(zhì)鋰離子電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的換能器3、鋰電池的優(yōu)點(diǎn)鋰離子電池具有高比能、高儲能、高能量密度、高工作電壓、低放電率、循環(huán)壽命長、充放電快、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。被廣泛應(yīng)用在便攜電子產(chǎn)品、純電動汽車以及大型儲能電網(wǎng)設(shè)備中4、鋰電池的缺點(diǎn)鋰離子電池存在熱安全性、隔膜的機(jī)械強(qiáng)度不夠的問題，是制約鋰電池在電動汽車和儲能電網(wǎng)應(yīng)用的重要因素5、鋰電池的組成一、鋰電池發(fā)展行業(yè)背景鋰離子電池由正極材料(陽極)、負(fù)極材料(陰極)、電解液和隔膜四部分組成。目前我們所應(yīng)用到的最多的負(fù)極材料是碳素材料。電解質(zhì)的主要作用便是輸送離子，進(jìn)而在正負(fù)極之間輸送電流和傳導(dǎo)電流(1)、各個部分的作用①正極材料(陽極)是鋰離子的來源，負(fù)極材料(陰極)相當(dāng)于鋰離子的接受槽，電解液為離子傳遞和電子傳遞的分離提供了條件。隔膜的作用主要是避免正負(fù)極的直接接觸發(fā)生短路，作為電解液的存儲層來傳輸鋰離子②隔膜是一種具有微孔的高分析功能隔膜材料，是一種化學(xué)惰性組分，不參與電化學(xué)儲能反應(yīng)過程，但決定了鋰離子電池的電化學(xué)性能(包括電池壽命、能量密度和功率密度)和安全性能(2)隔膜的制備方法一、鋰電池發(fā)展行業(yè)背景NEXT隔膜的制備方法包括干法制備隔膜和濕法制備隔膜兩種。這兩種方法均包括擠出流程制備聚合物薄膜、拉伸流程形成膜多孔結(jié)構(gòu)兩個步驟。干法制備的隔膜更加適合應(yīng)用在高功率電池。濕法制備的隔膜更加適合長期應(yīng)用。干法制膜具有工藝簡單、生產(chǎn)效率高等優(yōu)勢，適合生產(chǎn)化、工業(yè)化。濕法制膜的隔膜表面的孔隙分布更加均勻且孔徑更加曲折，同時(shí)還可以看出隔膜的結(jié)構(gòu)為各向同性。濕法制備的隔膜的孔隙率和透氣性可控范圍大6、目前隔膜的市場背景目前商業(yè)鋰離子電池隔膜主要為商業(yè)聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)隔膜。比較成功的聚合物微孔膜主要是聚烯烴類隔膜，如聚乙烯隔膜(PE)、聚丙烯隔膜(PP)、它們的雙層或三層復(fù)合隔膜(PE/PP、PP/PE/PP)以及聚烯烴的涂覆隔膜但是烯烴類隔膜的熱穩(wěn)定性和電解液潤濕性能較差。然而其孔隙率較低、孔結(jié)構(gòu)以直通孔為主的特點(diǎn)難以滿足動力鋰離子電池大電流充放電、高溫運(yùn)行等特性的需要一、鋰電池發(fā)展行業(yè)背景7、無紡布隔膜定義無紡布隔膜是指通過物理、化學(xué)或者其他方法得到大量隨機(jī)排列的纖維堆積排列形成的薄膜，這種薄膜呈現(xiàn)出高孔隙率的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)這種三維的孔隙結(jié)構(gòu)可以有效避免鋰枝晶穿刺，并提高吸液率和保液率，從而提高隔膜的離子電導(dǎo)率乃至整個鋰離子電池的綜合性能。目前制備無紡布的方法主要有靜電紡絲法、濕法抄造法、熔噴法等等。其中靜電紡絲法以其操作簡便、效率高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于鋰離子電池隔膜制備中，而且該法可以高效精準(zhǔn)的制備纖維直徑在幾十納米到幾微米的聚合物隔膜，聚合物選擇的范圍很廣，可以針對各種特殊要求的鋰離子電池制備出對應(yīng)的隔膜8、無機(jī)復(fù)合隔膜定義一、鋰電池發(fā)展行業(yè)背景無機(jī)復(fù)合隔膜是由一定量的粘結(jié)劑將無機(jī)陶瓷納米顆粒粘結(jié)在一起形成的，因此也被稱作陶瓷隔膜該隔膜90%的組成成分是無機(jī)陶瓷顆粒，例如二氧化硅、氧化鋁、二氧化鋯等，又由于無機(jī)顆粒比表面積大、親水性強(qiáng)等特點(diǎn)，所以無機(jī)復(fù)合隔膜具有優(yōu)異的電解液潤濕性同時(shí)，無機(jī)陶瓷顆粒的耐熱性非常好，所以該無機(jī)復(fù)合隔膜的熱穩(wěn)定性也非常好，這大大提高了鋰離子電池的安全性能然而無機(jī)復(fù)合隔膜的機(jī)械強(qiáng)度較低，在電池組裝過程中易發(fā)生斷裂、刺穿等安全問題，這就大大限制了無機(jī)復(fù)合隔膜的生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用9、隔膜未來研究方向一、鋰電池發(fā)展行業(yè)背景開發(fā)耐高溫、阻燃、高機(jī)械強(qiáng)度的新型功能化隔膜來取代商業(yè)隔膜是一種提高電池整體性能的有效途徑。開發(fā)阻燃隔膜并提高隔膜的熱穩(wěn)定性仍然是相對其他提高電池安全性更簡單且有效的方法10、隔膜發(fā)展遇到的問題與解決方法阻燃聚合物隔膜使用的關(guān)鍵問題是需要創(chuàng)造電解液吸收和鋰離子傳輸?shù)亩嗫捉Y(jié)構(gòu)。對隔膜的微觀結(jié)構(gòu)、孔隙分布以及均勻性進(jìn)行控制和優(yōu)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)阻燃能、熱穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度、吸液性能和功能化的協(xié)同統(tǒng)一11、鋰電池發(fā)展遇到的問題由于鋰離子池正極材料理論容量的不斷逼近以及嵌入式電極緩慢的脫-嵌鋰反應(yīng)動力學(xué)，鋰離子電池的能量和功率密度的進(jìn)一步提升空間極其有限，無法進(jìn)一步滿足人們?nèi)找嬖鲩L的能源需求。此外，鋰離子的安全問題急需解決12、鋰硫電池的優(yōu)點(diǎn)一、鋰電池發(fā)展行業(yè)背景NEXT開發(fā)其他的儲能技術(shù)極其重要，特別是理論容量(1675mAhg-1)超高的Li-S電池。Li-S電池是利用自然豐富，高理論容量的單質(zhì)硫正極(S8)與鋰金屬負(fù)極的耦合，被認(rèn)為是最有希望實(shí)現(xiàn)低成本和高能量密度系統(tǒng)的下一代電池體系13、鋰硫電池的反應(yīng)公式Li-S電池根據(jù)公式來進(jìn)行充放電存儲和釋放電量S8+16e-+16Li+?8Li2S放電過程中S8被完全還原轉(zhuǎn)化為Li2S，充電過程中Li2S則又被氧化成S8單質(zhì)14、鋰硫電池理論容量高的原因由于Li-S電池在充放電過程中存在多個電子轉(zhuǎn)換，因此它的理論容量達(dá)到了1675mAhg-1。根據(jù)電池的平均放電平臺電壓(一般為2.2V(vsLi+/Li))，得出的Li-S電池的比能量密度理論值高達(dá)2567Whkg-1，高于市售鋰離子電池的5倍之多一、鋰電池發(fā)展行業(yè)背景15、鋰硫電池的缺點(diǎn)(1)實(shí)際的Li-S電池存在能量密度不理想、容量衰減快、使用壽命短等問題(2)這些缺點(diǎn)主要來源于S8和硫化鋰(Li2S)的絕緣性能、LiPSs在有機(jī)電解液中的溶解導(dǎo)致的穿梭效應(yīng)，LiPSs之間緩慢的轉(zhuǎn)化動力學(xué)以及自放電效應(yīng)一、鋰電池發(fā)展行業(yè)背景S8(σ=5×10?30Scm?1)和Li2S(σ=1×10-13Scm-1)都是電子絕緣的，這直接限制了它們的電化學(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng)，導(dǎo)致低的活性物質(zhì)利用率16、靜電紡絲法原理與特點(diǎn)(1)靜電紡絲(Electrospinning)是一種快速生產(chǎn)連續(xù)納米纖維的技術(shù)。這種技術(shù)基本可以作用于各種高分子聚合物，大大擴(kuò)展了人們對高分子聚合物納米纖維的應(yīng)用(2)以靜電紡絲法構(gòu)筑的納米纖維膜，其纖維直徑大多呈現(xiàn)納米或者微米級別，并且他們互相搭接連通會形成均勻孔洞，這種結(jié)構(gòu)適合隔膜的制備，正因如此，也吸引了許多研究者的目光。高壓靜電紡絲在設(shè)備和操作方面都簡單方便，可制備多種聚合物紡絲纖維膜，且工藝具有可調(diào)控性?；谶@些優(yōu)點(diǎn)，靜電紡絲技術(shù)成為一種有效的制備納米纖維材料的手段一、鋰電池發(fā)展行業(yè)背景(3)靜電紡絲法制備的無紡布薄膜具備孔徑小、孔徑分布均勻、孔隙率高，等優(yōu)點(diǎn)，所以被視作理想的鋰電池隔膜材料。透氣性好等優(yōu)點(diǎn)，而且它們能夠吸收大量的電解液，為鋰離子提供有效的傳輸通道，從而使隔膜具有較高的離子導(dǎo)電性和良好的電化學(xué)性能(4)靜電紡絲被廣泛應(yīng)用于制備各種成分和結(jié)構(gòu)可控的功能性隔膜，該納米纖維隔膜具有相互連通的多孔結(jié)構(gòu)，孔隙率高，透氣性好等優(yōu)點(diǎn)，而且它們能夠吸收大量的電解液，為提供有效的傳輸通道，從而使隔膜具有較高的離子導(dǎo)電性和良好的電化學(xué)性能；此外，電紡膜中纖維的直徑對孔徑大小甚至對鋰離子電池的隔膜的性能也起著至關(guān)重要的作用17、靜電紡絲法的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)一、鋰電池發(fā)展行業(yè)背景高壓靜電紡絲相比與傳統(tǒng)的以拉伸的方式得到纖維，方式更加方便、簡單、可控，纖維直徑更小，制得的纖維隔膜纖維直徑可控、比表面積和孔隙率較高。但部分電紡纖維隔膜本身耐熱性和電解液浸潤性差，因此許多科研人員對其進(jìn)行了研究和改性來滿足對具有更高性能和更安全的電池隔膜的需求18、鋰金屬的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)(1)鋰金屬由于具有極低的電化學(xué)電位(-3.04Vvs標(biāo)準(zhǔn)氫電極)、超高的理論比容量(3860mAhg-1)和較低的質(zhì)量密度(0.534gcm-3)，到目前為止被視為理想的電池負(fù)極材料所以開發(fā)出以鋰金屬為負(fù)極材料的鋰金屬電池能有效提高當(dāng)前鋰離子電池能量密度，滿足人們對高能量密度的需求一、鋰電池發(fā)展行業(yè)背景而且由于鋰金屬本身自帶鋰源，當(dāng)其作為負(fù)極材料使用時(shí)將會極大擴(kuò)大正極材料的選擇范圍，從而為開發(fā)更高能量密度的新型電池體系提供無限可能(2)盡管如此，鋰金屬電池在使用過程中也存在兩個致命的缺點(diǎn)：庫倫效率低和鋰枝晶的產(chǎn)生。尤其是鋰枝晶的產(chǎn)生，在鋰金屬電池的電化學(xué)循環(huán)過程中，其產(chǎn)生的枝晶極易刺穿隔膜引起電池短路，從而會引起熱失控、爆炸等極為嚴(yán)重的安全性問題；而且大量鋰枝晶的生長會造成電極表面積的增大，增加電極電解液的接觸面積，促進(jìn)更多副反應(yīng)的產(chǎn)生，從而而降低電池的循環(huán)壽命19、什么是聚合物一、鋰電池發(fā)展行業(yè)背景聚合物一般是由高分子材料組成的，因此由聚合物和電解質(zhì)鹽一起構(gòu)成的電解質(zhì)體系叫聚合物電解質(zhì)20、聚合物復(fù)合電解質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)聚合物復(fù)合電解質(zhì)以其高安全性能的優(yōu)勢成為了鋰離子電池的首選材料，近年來受到了大眾的廣泛關(guān)注，與我們常用的液態(tài)電解質(zhì)相比，存在不易漏液、柔韌性高、物理化學(xué)穩(wěn)定性非常好等優(yōu)點(diǎn)，和聚合物電解質(zhì)相比，它的離子