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magicpopo

金虫 (著名写手)

电之炼金术士

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[交流] [锂离子电池月]我来说两个比较偏门的东西，呵呵

我来说两个比较冷门的研究，都是关于正极材料的
不过是锂电池的，负极用金属锂，呵呵
先说说金属锂了
我们知道，目前作为锂离子电池的正极材料是金属氧化物锂盐，其式量决定了它们的理论比容量，就算是电化学反应中电荷转移最多的V2O5类的材料，比容量也有限
除了氢之外（氦我们就不考虑了……），最轻的元素就是锂了，其实最轻的固态单质也是它了，固态很重要啊，密度高，体积比容量就有了，式量小，质量比容量也有了：）而且电负性大，化学势大，组成电池电压高
在元素周期表上来看，非金属元素所在的5、6、7三个主族元素有较大的电负性，较小的原子量。C族元素很多是作为嵌入式化合物来研究的，我们就不讨论了……看5、6、7族元素中，F、Cl是气态的，毒得不得了，Br是液态的，也挥发得一塌糊涂，毒！这些我们先扔掉。N惰性的，也扔掉，O作为空气电池的正极活性物质或者燃料电池的正极活性物质，我们就不在这边讨论了……然后我们就剩下了P、As、S、Se、I.
Li/I电池早就研究成功了，用在人体植入式医疗设备，像心脏起勃器啊、助听器啊什么的里面都少不了Li/I电池提供能量。都商业化很多年了的东西，研究得差不多了，我们也不讨论了。
看看我们就还剩下P、As、S、Se了。As太出名了，还是不招惹它，Se罕见，也算了。
剩下的两个就是我们今天讨论的主角了，P和S。P和S是能够于Li直接发生反应的物质，电压是有保障的。
P，式量31，化合价－3，有兴趣可以算算它的比容量，超过2000mAh/g了，吓人啊！P的单质一般有三种，白磷、红磷和黑磷。白磷自己就烧起来了，需要特别安全的电池显然是不能用的。红磷好不了多少，也是危险分子。就是硬度比较大，想磨碎了调浆还真是一件麻烦事情。黑磷最稳定，做黑磷发文章的也有几篇了。我尝试过红磷，容量那个大啊，放电几天几夜都不完，就是电压低了点。充电是别想了，不可能的。也不敢打开看，暴露在空气中就是PH3，这个可是不得了的毒物……所以做了一次就没有兴趣做第二次了……
再说S，比容量1600＋，电压2V，比较让人满意，而且手册上还说，S到S2－是可逆的，就是说能够充电啊，可以循环的。最早做S电池，是用在热电池里面，正极是熔融的S，负极是熔融的Na，后来S的腐蚀太大，问题太多，换成了FeS2。现在看FeS2能够做Li一次电池，所以也把S找出来试试了。美国两帮人在做，从它的国防部搞了800W美刀，现在估计也花得差不多了……一个叫polyplus，一个叫sion power，现在能够驱动无人小飞机了……可惜03年就在说要量产，现在也不见踪影……号称电池的比容量能够达到300Wh/kg+和300Wh/L＋
就是看看他们的专利，li是蒸镀的，隔膜是LiPON,还有正极、负极保护层、添加剂……这些东西做下来，这电池也就只有美国的gov能够消费得起了……除了美国人，韩国人、日本人和国人对这个也有些兴趣，国内现在做Li/S的也越来越多了，大部分都在做材料上面。
S就是绝缘体，根本不导电，这是难点之一，现在有很多办法来解决这个问题了：）难点之二是S在电化学反应过程中，形成了负离子就到处跑，到负极以后就和Li的表面化合成也是不导电的Li2S、Li2S2，这样一来，就没有办法充电了，循环性能极差，这是目前Li/S电池能否走向成功的关键了。

瞎扯了这么多，大家看看就好，呵呵。
热门的锂钴氧、磷酸铁锂等待高手来立传了……

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