锂电池相关论文概括整理

演讲者：xxxppt，锂电池相关论文概括整理-目录一、锂电池发展行业背景01一、锂电池发展行业背景Part1一、锂电池发展行业背景NEXT1、锂电池发展外界因素由于环境问题和能源问题，开发清洁的可再生能源非常重要2、锂电池工作的根本性质锂离子电池是把化学能转换成电能的换能器3、锂电池的优点锂离子电池具有高比能、高储能、高能量密度、高工作电压、低放电率、循环寿命长、充放电快、无记忆效应等优点。被广泛应用在便携电子产品、纯电动汽车以及大型储能电网设备中4、锂电池的缺点锂离子电池存在热安全性、隔膜的机械强度不够的问题，是制约锂电池在电动汽车和储能电网应用的重要因素5、锂电池的组成一、锂电池发展行业背景锂离子电池由正极材料(阳极)、负极材料(阴极)、电解液和隔膜四部分组成。目前我们所应用到的最多的负极材料是碳素材料。电解质的主要作用便是输送离子，进而在正负极之间输送电流和传导电流(1)、各个部分的作用①正极材料(阳极)是锂离子的来源，负极材料(阴极)相当于锂离子的接受槽，电解液为离子传递和电子传递的分离提供了条件。隔膜的作用主要是避免正负极的直接接触发生短路，作为电解液的存储层来传输锂离子②隔膜是一种具有微孔的高分析功能隔膜材料，是一种化学惰性组分，不参与电化学储能反应过程，但决定了锂离子电池的电化学性能(包括电池寿命、能量密度和功率密度)和安全性能(2)隔膜的制备方法一、锂电池发展行业背景NEXT隔膜的制备方法包括干法制备隔膜和湿法制备隔膜两种。这两种方法均包括挤出流程制备聚合物薄膜、拉伸流程形成膜多孔结构两个步骤。干法制备的隔膜更加适合应用在高功率电池。湿法制备的隔膜更加适合长期应用。干法制膜具有工艺简单、生产效率高等优势，适合生产化、工业化。湿法制膜的隔膜表面的孔隙分布更加均匀且孔径更加曲折，同时还可以看出隔膜的结构为各向同性。湿法制备的隔膜的孔隙率和透气性可控范围大6、目前隔膜的市场背景目前商业锂离子电池隔膜主要为商业聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)隔膜。比较成功的聚合物微孔膜主要是聚烯烃类隔膜，如聚乙烯隔膜(PE)、聚丙烯隔膜(PP)、它们的双层或三层复合隔膜(PE/PP、PP/PE/PP)以及聚烯烃的涂覆隔膜但是烯烃类隔膜的热稳定性和电解液润湿性能较差。然而其孔隙率较低、孔结构以直通孔为主的特点难以满足动力锂离子电池大电流充放电、高温运行等特性的需要一、锂电池发展行业背景7、无纺布隔膜定义无纺布隔膜是指通过物理、化学或者其他方法得到大量随机排列的纤维堆积排列形成的薄膜，这种薄膜呈现出高孔隙率的三维网状结构这种三维的孔隙结构可以有效避免锂枝晶穿刺，并提高吸液率和保液率，从而提高隔膜的离子电导率乃至整个锂离子电池的综合性能。目前制备无纺布的方法主要有静电纺丝法、湿法抄造法、熔喷法等等。其中静电纺丝法以其操作简便、效率高等优点被广泛应用于锂离子电池隔膜制备中，而且该法可以高效精准的制备纤维直径在几十纳米到几微米的聚合物隔膜，聚合物选择的范围很广，可以针对各种特殊要求的锂离子电池制备出对应的隔膜8、无机复合隔膜定义一、锂电池发展行业背景无机复合隔膜是由一定量的粘结剂将无机陶瓷纳米颗粒粘结在一起形成的，因此也被称作陶瓷隔膜该隔膜90%的组成成分是无机陶瓷颗粒，例如二氧化硅、氧化铝、二氧化锆等，又由于无机颗粒比表面积大、亲水性强等特点，所以无机复合隔膜具有优异的电解液润湿性同时，无机陶瓷颗粒的耐热性非常好，所以该无机复合隔膜的热稳定性也非常好，这大大提高了锂离子电池的安全性能然而无机复合隔膜的机械强度较低，在电池组装过程中易发生断裂、刺穿等安全问题，这就大大限制了无机复合隔膜的生产实际应用9、隔膜未来研究方向一、锂电池发展行业背景开发耐高温、阻燃、高机械强度的新型功能化隔膜来取代商业隔膜是一种提高电池整体性能的有效途径。开发阻燃隔膜并提高隔膜的热稳定性仍然是相对其他提高电池安全性更简单且有效的方法10、隔膜发展遇到的问题与解决方法阻燃聚合物隔膜使用的关键问题是需要创造电解液吸收和锂离子传输的多孔结构。对隔膜的微观结构、孔隙分布以及均匀性进行控制和优化，进而实现阻燃能、热稳定性、机械强度、吸液性能和功能化的协同统一11、锂电池发展遇到的问题由于锂离子池正极材料理论容量的不断逼近以及嵌入式电极缓慢的脱-嵌锂反应动力学，锂离子电池的能量和功率密度的进一步提升空间极其有限，无法进一步满足人们日益增长的能源需求。此外，锂离子的安全问题急需解决12、锂硫电池的优点一、锂电池发展行业背景NEXT开发其他的储能技术极其重要，特别是理论容量(1675mAhg-1)超高的Li-S电池。Li-S电池是利用自然丰富，高理论容量的单质硫正极(S8)与锂金属负极的耦合，被认为是最有希望实现低成本和高能量密度系统的下一代电池体系13、锂硫电池的反应公式Li-S电池根据公式来进行充放电存储和释放电量S8+16e-+16Li+⇌8Li2S放电过程中S8被完全还原转化为Li2S，充电过程中Li2S则又被氧化成S8单质14、锂硫电池理论容量高的原因由于Li-S电池在充放电过程中存在多个电子转换，因此它的理论容量达到了1675mAhg-1。根据电池的平均放电平台电压(一般为2.2V(vsLi+/Li))，得出的Li-S电池的比能量密度理论值高达2567Whkg-1，高于市售锂离子电池的5倍之多一、锂电池发展行业背景15、锂硫电池的缺点(1)实际的Li-S电池存在能量密度不理想、容量衰减快、使用寿命短等问题(2)这些缺点主要来源于S8和硫化锂(Li2S)的绝缘性能、LiPSs在有机电解液中的溶解导致的穿梭效应，LiPSs之间缓慢的转化动力学以及自放电效应一、锂电池发展行业背景S8(σ=5×10−30Scm−1)和Li2S(σ=1×10-13Scm-1)都是电子绝缘的，这直接限制了它们的电化学转化反应，导致低的活性物质利用率16、静电纺丝法原理与特点(1)静电纺丝(Electrospinning)是一种快速生产连续纳米纤维的技术。这种技术基本可以作用于各种高分子聚合物，大大扩展了人们对高分子聚合物纳米纤维的应用(2)以静电纺丝法构筑的纳米纤维膜，其纤维直径大多呈现纳米或者微米级别，并且他们互相搭接连通会形成均匀孔洞，这种结构适合隔膜的制备，正因如此，也吸引了许多研究者的目光。高压静电纺丝在设备和操作方面都简单方便，可制备多种聚合物纺丝纤维膜，且工艺具有可调控性。基于这些优点，静电纺丝技术成为一种有效的制备纳米纤维材料的手段一、锂电池发展行业背景(3)静电纺丝法制备的无纺布薄膜具备孔径小、孔径分布均匀、孔隙率高，等优点，所以被视作理想的锂电池隔膜材料。透气性好等优点，而且它们能够吸收大量的电解液，为锂离子提供有效的传输通道，从而使隔膜具有较高的离子导电性和良好的电化学性能(4)静电纺丝被广泛应用于制备各种成分和结构可控的功能性隔膜，该纳米纤维隔膜具有相互连通的多孔结构，孔隙率高，透气性好等优点，而且它们能够吸收大量的电解液，为提供有效的传输通道，从而使隔膜具有较高的离子导电性和良好的电化学性能；此外，电纺膜中纤维的直径对孔径大小甚至对锂离子电池的隔膜的性能也起着至关重要的作用17、静电纺丝法的优点与缺点一、锂电池发展行业背景高压静电纺丝相比与传统的以拉伸的方式得到纤维，方式更加方便、简单、可控，纤维直径更小，制得的纤维隔膜纤维直径可控、比表面积和孔隙率较高。但部分电纺纤维隔膜本身耐热性和电解液浸润性差，因此许多科研人员对其进行了研究和改性来满足对具有更高性能和更安全的电池隔膜的需求18、锂金属的优点和缺点(1)锂金属由于具有极低的电化学电位(-3.04Vvs标准氢电极)、超高的理论比容量(3860mAhg-1)和较低的质量密度(0.534gcm-3)，到目前为止被视为理想的电池负极材料所以开发出以锂金属为负极材料的锂金属电池能有效提高当前锂离子电池能量密度，满足人们对高能量密度的需求一、锂电池发展行业背景而且由于锂金属本身自带锂源，当其作为负极材料使用时将会极大扩大正极材料的选择范围，从而为开发更高能量密度的新型电池体系提供无限可能(2)尽管如此，锂金属电池在使用过程中也存在两个致命的缺点：库伦效率低和锂枝晶的产生。尤其是锂枝晶的产生，在锂金属电池的电化学循环过程中，其产生的枝晶极易刺穿隔膜引起电池短路，从而会引起热失控、爆炸等极为严重的安全性问题；而且大量锂枝晶的生长会造成电极表面积的增大，增加电极电解液的接触面积，促进更多副反应的产生，从而而降低电池的循环寿命19、什么是聚合物一、锂电池发展行业背景聚合物一般是由高分子材料组成的，因此由聚合物和电解质盐一起构成的电解质体系叫聚合物电解质20、聚合物复合电解质的优点聚合物复合电解质以其高安全性能的优势成为了锂离子电池的首选材料，近年来受到了大众的广泛关注，与我们常用的液态电解质相比，存在不易漏液、柔韧性高、物理化学稳定性非常好等优点，和聚合物电解质相比，它的离子