锂电池的正极材料主要由三种化合物构成:氧化物、磷酸盐和钴酸盐。其中,氧化物材料的比容量和成本均优于其他两种,因此被广泛使用。其中,三元材料(如LiCoO₂)是目前应用最广泛的锂电池正极材料,它由锂、钴、氧组成,具有高的比容量、较好的循环性能和安全性能。
此外,四元材料(如LiNiCoMnO₂)因其高能量密度、高循环寿命和高温稳定性,也被广泛应用。
锂电池负极材料主要由石墨和锂钛酸锂两种材料构成。其中,石墨是目前应用最广泛的负极材料,它性价比高、工艺成熟、循环性能和安全性能较好,但其比容量有限。
锂钛酸锂由锂、钛、氧组成,是一种高温硬质材料,具有高的比容量、优异的安全性和循环性能,但需要相应的生产工艺和技术支持,因而成本较高,目前应用较少。
锂电池电解液是将离子运输到电池中的介质,通常由有机溶剂和锂盐混合而成。有机溶剂通常是碳酸、氢碳酸和甲酸酯等,锂盐通常是氟化锂、磷酸锂和硫酸锂等。
电解液的性能对锂电池的性能和安全性都有十分重要的影响。目前,磷酸盐电解液和硅酸盐电解液是比较常用的,它们具有较高的熔点、较高的电压稳定性和安全性,但相应的电池容量也会有所降低。
锂电池中,正极、负极和电解液都需要被隔离开来,以防止短路和电化学反应。隔膜材料通常由聚合物、陶瓷或复合材料等制成。
聚合物隔膜是目前比较主流的材料,它由聚丙烯、聚乙烯等聚合物制成,具有轻、薄、柔性好、成本低等优点,但它的导电率和耐温性都比较差。
相比之下,陶瓷隔膜在导电率和耐温性方面更加优越,但成本较高、柔性差。另外,复合隔膜结合了聚合物和陶瓷的优点,具有导电性好、耐温性强、柔性好等优势,但目前应用较少,研究仍在进行中。