鋰離子電池材料制備技術(shù)匯報(bào)人：2024-01-29CATALOGUE目錄鋰離子電池概述鋰離子電池材料分類及特性鋰離子電池材料制備技術(shù)材料制備過程中的影響因素及優(yōu)化措施鋰離子電池材料未來發(fā)展趨勢(shì)01鋰離子電池概述工作過程放電時(shí)，鋰離子從負(fù)極通過電解液和隔膜移動(dòng)到正極，產(chǎn)生電流；充電時(shí)則相反。隔膜防止正負(fù)極直接接觸導(dǎo)致短路，同時(shí)允許鋰離子通過。電解液允許鋰離子在正負(fù)極之間移動(dòng)的介質(zhì)。正極材料在充電過程中，正極材料（如LiCoO2）會(huì)釋放出鋰離子。負(fù)極材料負(fù)極材料（如石墨）在充電時(shí)接收這些鋰離子。鋰離子電池工作原理高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命、無(wú)記憶效應(yīng)、環(huán)保等。優(yōu)點(diǎn)成本高、安全性問題（如熱失控、起火等）、低溫性能差等。缺點(diǎn)鋰離子電池優(yōu)缺點(diǎn)消費(fèi)電子電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)其他領(lǐng)域鋰離子電池應(yīng)用領(lǐng)域01020304手機(jī)、筆記本電腦、平板電腦等。純電動(dòng)汽車（BEV）、混合動(dòng)力汽車（HEV）等。家庭儲(chǔ)能、工業(yè)儲(chǔ)能、電網(wǎng)儲(chǔ)能等。航空航天、軍事、醫(yī)療等。02鋰離子電池材料分類及特性

正極材料層狀氧化物如LiCoO2、LiNiO2等，具有高比容量和良好的循環(huán)性能，但需要解決熱穩(wěn)定性和安全性問題。聚陰離子型化合物如LiFePO4、Li3V2(PO4)3等，具有高熱穩(wěn)定性和安全性，但比容量相對(duì)較低。三元材料如Li(NiCoMn)O2，綜合了層狀氧化物和聚陰離子型化合物的優(yōu)點(diǎn)，具有高比容量、良好的循環(huán)性能和熱穩(wěn)定性。如石墨、硬碳等，具有良好的導(dǎo)電性和循環(huán)穩(wěn)定性，是商業(yè)化鋰離子電池的主要負(fù)極材料。碳材料硅基材料鈦酸鋰如硅、硅氧化物等，具有高比容量，但循環(huán)過程中體積變化大，導(dǎo)致循環(huán)性能下降。Li4Ti5O12，具有優(yōu)異的循環(huán)性能和倍率性能，以及良好的熱穩(wěn)定性，但比容量相對(duì)較低。030201負(fù)極材料如碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)等有機(jī)溶劑和鋰鹽組成的電解液，具有良好的離子傳導(dǎo)性和電化學(xué)穩(wěn)定性。有機(jī)電解液由離子液體和鋰鹽組成的電解液，具有不揮發(fā)、不燃燒、電化學(xué)窗口寬等優(yōu)點(diǎn)，但需要解決粘度大、電導(dǎo)率低等問題。離子液體電解液如硫化物、氧化物等固態(tài)電解質(zhì)，具有高安全性、高能量密度等優(yōu)點(diǎn)，但需要解決離子傳導(dǎo)率低、界面阻抗大等問題。固態(tài)電解質(zhì)電解液陶瓷涂層隔膜在聚烯烴隔膜表面涂覆陶瓷材料制成的隔膜，具有更高的熱穩(wěn)定性和安全性，但成本相對(duì)較高。聚烯烴隔膜如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等聚烯烴材料制成的隔膜，具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性，以及較低的成本。無(wú)機(jī)復(fù)合隔膜由無(wú)機(jī)材料和聚合物復(fù)合而成的隔膜，具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度和離子傳導(dǎo)性能。隔膜03鋰離子電池材料制備技術(shù)123將原料按一定比例混合，在高溫下進(jìn)行反應(yīng)，合成所需材料。此方法工藝簡(jiǎn)單，但反應(yīng)溫度高，能耗大。高溫固相法在較低溫度下，通過研磨等方式使原料充分接觸并發(fā)生反應(yīng)。此方法反應(yīng)溫度低，但反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。低溫固相法利用高溫熔融鹽作為反應(yīng)介質(zhì)，使原料在熔融鹽中發(fā)生反應(yīng)。此方法反應(yīng)溫度適中，且反應(yīng)速率快。熔融鹽法固相法合成技術(shù)溶膠-凝膠法將原料在液相中均勻混合，形成溶膠，再經(jīng)凝膠化、干燥、熱處理等步驟得到所需材料。此方法制備的材料純度高，粒度均勻。水熱/溶劑熱法在密閉體系中，以水或其他溶劑為反應(yīng)介質(zhì)，在高溫高壓下進(jìn)行反應(yīng)。此方法可制備出具有特殊形貌和結(jié)構(gòu)的材料。電化學(xué)沉積法利用電化學(xué)原理，在電極表面沉積出所需材料。此方法可控制材料的形貌和厚度，且制備過程環(huán)保。液相法合成技術(shù)化學(xué)氣相沉積法（CVD）利用氣態(tài)原料在基體表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)沉積物。此方法可制備出高純度、致密的材料。物理氣相沉積法（PVD）通過蒸發(fā)、升華等方式將原料轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，再在基體表面冷凝成固態(tài)。此方法可制備出具有特殊性能的材料。氣相法合成技術(shù)03模板法以具有特定結(jié)構(gòu)的物質(zhì)為模板，通過填充、復(fù)制等方式得到所需材料。此方法可制備出具有特定形貌和結(jié)構(gòu)的材料。01微波合成法利用微波加熱原理，使原料在短時(shí)間內(nèi)迅速升溫并發(fā)生反應(yīng)。此方法反應(yīng)速率快，且能耗低。02超聲波合成法利用超聲波的空化作用，使原料在瞬間高溫高壓下發(fā)生反應(yīng)。此方法可制備出具有高活性的材料。其他制備技術(shù)04材料制備過程中的影響因素及優(yōu)化措施溫度影響粒子形貌溫度的變化會(huì)影響粒子的形貌和粒徑分布，進(jìn)而影響材料的比表面積和電化學(xué)性能。優(yōu)化溫度控制通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整反應(yīng)溫度，確保材料在最佳溫度下合成，從而獲得優(yōu)異的電化學(xué)性能。溫度影響晶體結(jié)構(gòu)高溫下，材料的晶體結(jié)構(gòu)可能發(fā)生變化，導(dǎo)致電化學(xué)性能降低。因此，在制備過程中需要精確控制溫度。溫度控制對(duì)材料性能影響反應(yīng)時(shí)間影響晶體生長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間過短可能導(dǎo)致晶體生長(zhǎng)不完全，而反應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng)則可能導(dǎo)致晶體過度生長(zhǎng)，降低電化學(xué)性能。時(shí)間控制影響產(chǎn)物純度反應(yīng)時(shí)間不足可能導(dǎo)致副產(chǎn)物生成，降低產(chǎn)物純度；而反應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng)則可能導(dǎo)致目標(biāo)產(chǎn)物分解。優(yōu)化時(shí)間控制通過精確控制反應(yīng)時(shí)間，確保晶體完全生長(zhǎng)且避免副產(chǎn)物生成，提高產(chǎn)物的純度和電化學(xué)性能。時(shí)間控制對(duì)材料性能影響通過引入具有優(yōu)異離子導(dǎo)電性的元素或化合物進(jìn)行摻雜，可以提高材料的離子導(dǎo)電性，從而提高電池的充放電性能。摻雜改善離子導(dǎo)電性摻雜可以改變材料的晶體結(jié)構(gòu)，提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性和壽命。摻雜提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性選擇合適的摻雜元素或化合物，并精確控制摻雜量，以獲得最佳的電化學(xué)性能。優(yōu)化摻雜工藝摻雜改性提高材料性能表面包覆抑制副反應(yīng)表面包覆層可以抑制材料與電解液之間的副反應(yīng)，減少電池自放電和容量衰減。優(yōu)化表面包覆工藝選擇合適的包覆材料和包覆方法，并精確控制包覆層的厚度和均勻性，以獲得最佳的界面穩(wěn)定性和電池性能。表面包覆提高界面穩(wěn)定性通過在材料表面包覆一層穩(wěn)定的化合物，可以改善材料與電解液的界面穩(wěn)定性，降低界面電阻，提高電池性能。表面包覆改善材料穩(wěn)定性05鋰離子電池材料未來發(fā)展趨勢(shì)正極材料富鋰材料、硅碳復(fù)合材料等具有高能量密度的正極材料是研究熱點(diǎn)，它們能夠顯著提高電池的能量密度。負(fù)極材料鈦酸鋰、硅基負(fù)極材料等具有高容量的負(fù)極材料也在持續(xù)研究中，它們有望提高電池的整體能量密度。電解液高電壓、高能量密度的電解液也是研究的重點(diǎn)，它們需要具備良好的穩(wěn)定性和導(dǎo)電性。高能量密度材料研究進(jìn)展正極材料表面包覆、合金化等改性技術(shù)能夠降低負(fù)極材料在充放電過程中的體積膨脹，提高電池的安全性。負(fù)極材料隔膜采用高強(qiáng)度、高耐熱性的隔膜材料，如陶瓷隔膜、聚合物隔膜等，能夠有效防止電池短路和熱失控。采用熱穩(wěn)定性更高的正極材料，如磷酸鐵鋰、錳酸鋰等，能夠降低電池在高溫環(huán)境下的熱失控風(fēng)險(xiǎn)。高安全性材料研究進(jìn)展正極材料通過摻雜、包覆等改性技術(shù)，提高正極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和循環(huán)性能，延長(zhǎng)電池的使用壽命。負(fù)極材料采用硅基負(fù)極材料、鈦酸鋰等具有高容量和長(zhǎng)循環(huán)壽命的負(fù)極材料，能夠提高電池的循環(huán)性能。電解液開發(fā)新型電解液，如固態(tài)電解質(zhì)、聚合物電解質(zhì)等，能夠提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性和壽命。長(zhǎng)壽命材料研究進(jìn)展030201負(fù)極材料開發(fā)