动力电池电极材料简介
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动力电池电极材料简介
蔡 2017/5/19
内容提纲
1
正极材料 负极材料
2
3
下代材料
1.1 正极材料——性能对比
3
1.2 正极材料——NCA
NCA
比容量：175-195mAh/g 压实3.4-3.5 g/cm3 能量密度高
安全性能较差，热失效时易产生氧气导致 电解液氧化 表面碱性高,易吸水
14
3.1 下代正极材料——高电压正极
尖晶石 LiMn1.5Ni0.5O4：
利用Ni2+/Ni4+，实现4.7V；采用不活跃 Mn 4+，减少溶解； 比容量147mAh/g， 493Wh/kg
15
3.2 下代正极材料——富锂锰基
富锂锰基 xLi2MnO3· (1-x)LiMO2(M=Mn,Ni,Co)：
6
1.5 正极材料——LMO
LMO
比容量：100-120mAh/g 压实2.8 g/cm3左右，平台高 Li + 3D 扩散 成本低、循环好 锰溶解在石墨析出，影响锂离子嵌入/脱出
7
2.1 负极材料——石墨电化学特性
8
2.1 负极材料——石墨电化学特性
边缘嵌Li
各向同性利于Li 嵌入、扩散
18
19
PC耐性好，低温性能好 适合搭配LMO体系
11
2.3 负极材料——软碳（Hard carbon）
12
2.4 负极材料——LTO（ Li4Ti5O12）
充放电无体积膨胀，电压平台1.55V，170mAh/g 电解液适应性好 倍率循环好 产气易造成电芯鼓胀
13
2.5 不同材料嵌/脱锂体积变化
9源自文库
2.2 负极材料——硬碳（Hard carbon）
石墨层无序度高且缺陷多，利于锂离子存储、扩散 倍率好、低温好
体积能量密度低 高吸湿性，仅适用于NMP—PVDF体系
10
2.2 负极材料——硬碳（Hard carbon）
无明显平台，利于监测剩余容量
d 002 ≈0.374nm (GR 0.335nm)，体积膨胀小，循环稳定性好，功率高
高比容量>250mAh/g
首效低 ，O缺失易造成表面缺陷，晶型相变造成容量衰减、电压平台下降
易造成电解液分解
16
3.3 下代负极极材料——硅基负极
Si-C nano compositon 减少嵌锂造成的体积坍塌，引入SiO x /C
17
3.4 下代负极极材料——SiO x /C 体系电池
4
1.3 正极材料——NCM
NCM(622)
比容量：165-175mAh/g 压实3.45-3.55 g/cm3 能量密度高 平台相对低、首效低
5
1.4 正极材料——LFP
LFP
比容量：140-160mAh/g 压实2.2-2.3 g/cm3 循环好 能量密度低、平台相对低（3.2-3.35V） 离子电导率低
蔡 2017/5/19
内容提纲
1
正极材料 负极材料
2
3
下代材料
1.1 正极材料——性能对比
3
1.2 正极材料——NCA
NCA
比容量：175-195mAh/g 压实3.4-3.5 g/cm3 能量密度高
安全性能较差，热失效时易产生氧气导致 电解液氧化 表面碱性高,易吸水
14
3.1 下代正极材料——高电压正极
尖晶石 LiMn1.5Ni0.5O4：
利用Ni2+/Ni4+，实现4.7V；采用不活跃 Mn 4+，减少溶解； 比容量147mAh/g， 493Wh/kg
15
3.2 下代正极材料——富锂锰基
富锂锰基 xLi2MnO3· (1-x)LiMO2(M=Mn,Ni,Co)：
6
1.5 正极材料——LMO
LMO
比容量：100-120mAh/g 压实2.8 g/cm3左右，平台高 Li + 3D 扩散 成本低、循环好 锰溶解在石墨析出，影响锂离子嵌入/脱出
7
2.1 负极材料——石墨电化学特性
8
2.1 负极材料——石墨电化学特性
边缘嵌Li
各向同性利于Li 嵌入、扩散
18
19
PC耐性好，低温性能好 适合搭配LMO体系
11
2.3 负极材料——软碳（Hard carbon）
12
2.4 负极材料——LTO（ Li4Ti5O12）
充放电无体积膨胀，电压平台1.55V，170mAh/g 电解液适应性好 倍率循环好 产气易造成电芯鼓胀
13
2.5 不同材料嵌/脱锂体积变化
9源自文库
2.2 负极材料——硬碳（Hard carbon）
石墨层无序度高且缺陷多，利于锂离子存储、扩散 倍率好、低温好
体积能量密度低 高吸湿性，仅适用于NMP—PVDF体系
10
2.2 负极材料——硬碳（Hard carbon）
无明显平台，利于监测剩余容量
d 002 ≈0.374nm (GR 0.335nm)，体积膨胀小，循环稳定性好，功率高
高比容量>250mAh/g
首效低 ，O缺失易造成表面缺陷，晶型相变造成容量衰减、电压平台下降
易造成电解液分解
16
3.3 下代负极极材料——硅基负极
Si-C nano compositon 减少嵌锂造成的体积坍塌，引入SiO x /C
17
3.4 下代负极极材料——SiO x /C 体系电池
4
1.3 正极材料——NCM
NCM(622)
比容量：165-175mAh/g 压实3.45-3.55 g/cm3 能量密度高 平台相对低、首效低
5
1.4 正极材料——LFP
LFP
比容量：140-160mAh/g 压实2.2-2.3 g/cm3 循环好 能量密度低、平台相对低（3.2-3.35V） 离子电导率低