什麼技術可以大幅提高鋰離子電池的容量?

時間 2021-05-30 00:01:32

1樓:Nealz

看了其他回答,都講得很好,在此僅做一點補充。

對於鋰離子電池的容量,個人理解應該是可以分成兩個單位(mAh和Wh)來理解吧,從單位就可以看出,中間差了個工作電壓。

先說mAh為單位的情況,以現有情況來看,在固定型號的電池中,能提公升容量的方法大多集中為將基材做薄,例如捲繞式可以多卷幾圈,墊片式可以多疊幾片等。通過箔材變薄可以使相同體積內活性材料的量增加,從而提高容量,但是若考慮能量密度的話,料也有重量,可能對質量比能量的提公升有限。

如果是Wh為單位,有一種方法是提高工作電壓,例如現在常用的三元+石墨工作電壓約為3.7V,如果能研發出具有更高電化學穩定視窗的電解液,同時配套使用更高能量密度的正極材料,可以實現容量的顯著提公升。正極材料方面三元現在主要以高鎳811作為趨勢,還有實驗室階段的一些在高電壓下能脫出更多鋰離子的過渡金屬氧化物結構的材料,比如富鋰錳基正極等。

同時,注重正負極能量密度的對應也可以有效提公升容量,所以針對負極材料的開發也是十分必要的,有部分研究指出正負極材料能量密度的匹配有助於提公升電池的容量。

2樓:ghh hg

目前除了更換材料體系,沒有大幅度的手段。不過從設計上講,手段大概有二十來種。提高電池容量的辦法都是屬於量變到質變,不過每種手段都是有成本支出的。

做多大的容量,最終還是由客戶定的。舉例說,對於1865而言,不改變極片與隔膜引數的情況下,僅從製造的角度來講,重要的有提高捲繞對齊度,提高捲繞隔膜張力,減短隔膜起始與終止端長度,使用更細的卷針,使用更薄更窄的極耳,更薄的膠帶,使用t型殼,使用預鍍鎳鋼殼,使用高殼,使用更薄的鋼殼,更薄的蓋子。

3樓:

我僅從科學研究角度上介紹一下,在商業化的程序中,可以改進的實在是太多了,能力有限,很多還不清楚,期待有大神指導。

一般來說,現有的商業上主要是以碳材料為負極的鋰電池,他的負極材料容量大約是372 mAh/g。而現在在研究領域來說,三種材料比較常見。Si、Ge與Sn的理論容量分別高達4200、1600和1000 mAh/g,它們與其合金是理想的高容量密度的鋰離子電池陽極材料,在科學研究中,基本會以這幾類材料作為主要的研究材料,同時還有諸如Fe3O4(1000 mAh/g )這類金屬氧化物,常見的研究材料如下圖:

引自:Tarascon J. M.

, Armand M. Issues and challenges facing rechargeable lithium batteries[J]. Nature, 2001, 414(6861):

359-367.

可以很明顯的看到所有研究材料的比容量。

在增強容量這方面來看,主要是研究以Si、Ge與Sn為代表的負極材料,具體採用的方式(以Si為例):

1,奈米化,將Si材料製備成零維(奈米顆粒)、一維(奈米線)、二維(奈米薄膜)的材料。

2,包覆,將矽材料外面包覆C材料形成核殼結構(core-shell),蛋黃結構(yolk-shell)或再包覆Ppy/PANi等導電有機物。

3,製備多孔材料,將矽製備成具有孔洞結構的材料。

4,參雜,這裡分為無機參雜(如石墨,石墨烯,C60等C材料)、金屬材料Cu,Mg,Ag等材料和金屬的氧化物、氮化物。

5,尋找合適的電解液(比如採用固態電解質,常用的有LiPON、PS為主體的凝膠狀固態電解質)、極片(多孔電極)以及粘結劑(傳統 PVDF,改進是以CMC和海藻酸鈉)

在科學研究上,這都可以提公升鋰電池的比容量。

再回到容量上,在單位質量容量一樣的情況下,其實還可以通過增加電池的體積,或者併聯電池等方式,當然這裡需要考慮到電池的同步率,這也需要在工藝上進行改進電池組。

答案可能還有不完整的地方,請多包涵。

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