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关于锂离子电池负极材料的疑问 已有4人参与
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| 我是个菜鸟，一直有疑问的是，锂离子电池负极材料的比容量一直以来都是比正极材料高的，为什么还有很多人在研究负极材料，那么研究提高负极材料的比容量有什么意义呢？ |
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【答案】应助回帖
★ ★ ★
感谢参与，应助指数 +1
yuziqun: 金币+3, ★★★★★最佳答案 2015-11-09 15:25:39
感谢参与，应助指数 +1
yuziqun: 金币+3, ★★★★★最佳答案 2015-11-09 15:25:39
| 意义非常大，正极材料的比容量要想提高是很难的，目前已经商业化的正极材料最高克容量也不过160mAh/g左右，在全电池中实际发挥的的水平能达到140mAh/g就算是上等；但是对于锂电池的能量密度要求是不断提高的，电动车的发展如火如荼，但除了安全方面的concern，就是续航里程的焦虑，要想提高车的续航里程，就必须尽量提高电芯的能量密度，研究者们费尽各种心思从电池的材料和化学体系机械件等方面挤出能量密度；无论正极还是负极的克容量提高，都可以帮助提高单体电芯的能量密度，很多报道显示某种材料的能量密度能达到多么惊人的数字，然并卵，无法实际商用，目前实际商用的负极材料也就是石墨类的材料，克容量也仅在320-370mAh/g，传闻中克容量非常高的Si基材料，Sn基材料等，都有着无法克服的致命缺点，比如循环过程中材料粉化导致的循环寿命短等等；锂电池在设计的过程中，正负极的loading是按照克容量的比例来计算的，比如说你想让正极的容量跟负极一致，那么就是正极质量*克容量=负极质量*克容量，所以负极克容量越高，所需负极粉料的质量越少，那么同样容量的电池，所体现出的质量就越小，从而提高了电池的能量密度； |
2楼2015-11-09 11:27:10
感谢参与，应助指数 +1
pengtao1203: 应助指数-1 2015-11-10 09:04:18
pengtao1203: 应助指数-1 2015-11-10 09:04:18
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正极压实密度可以高达4.1g/cm3, 负极只有1.6g/cm3, 所以算起来负极需要提高到越高克容量越好。 发自小木虫Android客户端 |
3楼2015-11-09 13:11:08
tanglianxing
木虫 (著名写手)
锂电材料“砖家”
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【答案】应助回帖
★ ★ ★ ★ ★
感谢参与，应助指数 +1
pengtao1203: 金币+5 2015-11-10 09:04:04
感谢参与，应助指数 +1
pengtao1203: 金币+5 2015-11-10 09:04:04
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之所以疯狂的研究负极材料的原因有如下两点： 1、锂离子电池本身所使用的材料类型和锂离子电池特点所决定，锂离子电池又称为“摇椅式电池”，在摇椅中起关键作用的是Li离子；目前所有的锂离子电池中其摇椅活性锂离子均是来自于正极材料；因此正极材料中首先必须含有“Li”这种活性元素；同时，由于“Li”的嵌入脱出，其本身是不发生氧化还原的，因此，在正极当中又必须要有一个可以变价的元素来充当氧化还原的角色；这就是过度金属元素，那么过度金属元素和锂结合同时需要相应的阴离子形成化合物；在加上晶体结构和电化学活性方面的考虑，其实可供选择的材料类型大体上已经定型；所以研究的范围不会很宽广；当然这里未讨论一些有机体系（目前仅仅处于理论研究阶段）。 2、电池能量密度需要，电池是有正极、负极、隔膜、电解液、壳体再加上一些辅料组成；在其他辅料应用降到极致的情况下；能量密度关键的影响因素就是正极负极的比能量密度，正极压实4.1*容量160达到650多，而负极石墨压实1.6*容量350约为560左右；实际上正极仍然是高于负极的比能量密度的；而对于正极来说，提升压实和克容量发挥基本上是不太可能的事情了，因为压实已经接近其理论的密度；而容量同样对于满足结构稳定的情况下已经接近极限。 3、加上刚刚说到了，正极材料所能够选择的类型就那么几种，而负极由于没有Li这个元素的限制，可选的种类就很多并且初见端倪的合金负极，硅碳负极等都是经过很长时间研究的，离应用的距离要短得多，所以，很多人花大力气进行产业化研究。 |
4楼2015-11-09 14:33:33
★ ★
感谢参与，应助指数 +1
yuziqun(pengtao1203代发): 金币+2 2015-11-09 15:05:49
pengtao1203: 应助指数-1 2015-11-10 09:04:09
感谢参与，应助指数 +1
yuziqun(pengtao1203代发): 金币+2 2015-11-09 15:05:49
pengtao1203: 应助指数-1 2015-11-10 09:04:09
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5楼2015-11-09 14:52:15
20