電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
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鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
國際錫業協會(ITA)表示，如果相關技術贏得市場份額，那么到2030年，三種不同類型鋰電池負極材料錫消耗量將分別達到每年10000-20000噸。
本文來源：高工鋰電技術與使用 微信公眾號 ID:weixin-gg-lbte
該協會表示，到2050年這些數據將至少翻一番，特別是如果錫與硅一起用于鋰電池負極技術的話。
高工鋰電技術與使用獲悉，錫在鋰離子電池范疇實在存在較大的使用機會，這涉及到負極、固態電池電解質等多個環節。
以負極為例，錫基負極材料具有較高的容量，價格便宜，易出產且無毒副作用。錫的儲能是石墨的三倍，目前科學家已經使用納米技術有效處理了錫充電膨脹的問題，特別是與新一代硅負極的協同作用，將來將可能大幅用于鋰離子電池范疇。
ITA跟蹤錫的全球研發，專利和市場，并已發現錫在能源材料和技術（包括鋰電池）中的興致日益濃厚。ITA確定了鋰電池中錫的九個技術機會，主要是高容量負極材料，還有固態電解質和正極材料。
在實際的技術研發上，國際和國內多年來的確也不斷有相關的進展對外公開。
在負極范疇，早于2016年，加州大學河濱分校的研究者們研發出了一種新的硅-錫復合陽極材料，該研究團隊發現，硅和錫都是可替代石墨的新型高性能陽極材料。其率先提出將兩種材料結合為一種復合材料，此舉導致電池性能劇烈提高。除了可以將電容量增至石墨電池的三倍以外，硅-錫納米復合電池在多次充放電循環中也是極其穩定，本質上說這一性能可以推廣至它的整個使用壽命。
“這兩種材料之間的協同效應導致電池的性能超過了每種材料單獨存在時的性能，這種性能的提升是因為錫具有高的導電率和能量存儲容量，添加2%重量的錫就可以實現這一效果”，該研究負責人Mangolini說。
此外，錫可以與鋰形成合金，有可能取代石墨成為下一代鋰電池負極材料。但是單純的金屬錫在電池循環過程中發生巨大的體積變化，容易導致電極材料的粉化。而碳材料具有較高的導電性，良好的機械性能和儲鋰性能。金屬錫與碳不會形成碳化物，碳材料的加入不僅可以提高復合物的平均程度，也為設計不同結構的Sn-C復合物提供了可能。
基于此，有研究者為了充足發揮金屬錫和碳材料的優點，錫?碳（Sn-C）復合材料得到了廣泛研究。無定型碳、石墨（G）、石墨烯（GP）、碳納米管（CNT）、碳納米纖維（CNF）等碳材料可以作為惰性的導電基體與錫形成的二元復合物，錫與其它金屬（M）可以形成的碳基三元、多元復合物。通過總結近些年對錫碳復合物結構與性能的研究，相信多元復合和多種結構的使用是提高錫?碳復合負極材料的關鍵。其中，以Sn-Co-C為基礎的多元復合負極材料最有可能走向市場使用。
在固態電池范疇，東京技術研究所的研發人員已經設計了一種低成本、可推廣的方式來發展全固態的電池，這種全固態電池電解質的一個緊要元素組成績是錫。
在此之前的2011年，東京技術研究所的Ryoji Kanno和他的團隊，與豐田汽車公司和日本高能加速器研究機構一起合作，在《Nature Materials》出版了一篇具有里程碑意義的論文，解析了結構為Li10GeP2S12(LGPS)的一種固態電解質。這種材料在開發全固態電池的競賽中是領跑者。而新研究在固態電解質中用兩種更容易獲取的元素錫和硅來代替鍺。
固體電解質的全固態系統是下一代電池的潛在候選，預計將提供高功率和高能量密度，也能保證可靠和安全性能。基于硫化物的鋰離子導體具有良好的導電性能和適宜的電化學窗口和機械性能；因此，它們被作為潛在的固態電解質進行了深入研究。LGPS是硫化物晶體電解質家族中的新成員，呈現了1.2×10^(-2)Scm^(-1)的離子導電性能，與有機流體電解質相當。使用LGPS電解質的全固態電池展現了極好的充放電性能。但是，鍺是相對昂貴的金屬，這可能限制了LGPS材料的廣泛使用。
通過最新研究中，研發者保持了LGPS的相同結構，纖細地調整了錫、硅和其他組成原子的比例和位置。新材料LSSPS(組成：Li10.35[Sn0.27Si1.08]P1.65S12(Li3.45[Sn0.09Si0.36]P0.55S4)在室溫下取得了1.1×10^(-2)Scm^(-1)的導電性能，幾乎達到了原始的LGPS結構的導電性能。然而，需要進一步的工作來優化不同用途下的性能，新材料使不犧牲性能的低成本加工有了希望。
據悉，NEI公司正在進行專利申請的一種固態電解質材料鋰錫磷硫（Li10SnP2S12）。有分解認為，隨著電動車的繼續流行，對新型更佳性能的電池需求也會增長，這將促使固態含錫電解質電池的推廣使用，最終也會帶動此范疇錫消費的需求。
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