鋰電池正極材料有哪些?對(duì)電池性能有何影響

來(lái)源：存能電氣  日期：2019-04-11 10:58  瀏覽量：次

　　鋰電池正極材料有哪些？對(duì)電池性能有何影響？鋰電池正極材料的熱穩(wěn)定溫度越高，說(shuō)明材料的氧化能力越弱，材料越安全。目前已經(jīng)市場(chǎng)化的鋰電池正極材料包括鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料等產(chǎn)品。鋰電池正極材料具有廣闊的市場(chǎng)，前景十分樂(lè)觀。

　　鋰電池正極材料有哪些？

　　鈷酸鋰(LCO)：適合小型電池，實(shí)際容量不高

　　鈷酸鋰是第一代商業(yè)化正極材料，在幾十年的發(fā)展中逐漸改性和提高，可以認(rèn)為是最成熟的鋰離子電池正極材料。鈷酸鋰具有放電平臺(tái)高、比容量較高、循環(huán)性能好、合成工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。但該材料含鈷較多，成本較高。

　　目前在3C電子電池中，大多數(shù)仍使用鈷酸鋰而并非比容量更高的三元材料，原因是鈷酸鋰材料的壓實(shí)密度大于三元材料，即單位體積內(nèi)能容納的鈷酸鋰量更多。在更為重視體積密度的小型電池中，鈷酸鋰占有著一席之地。

　　磷酸鐵鋰(LFP):能量密度低，安全性突出

　　磷酸鐵鋰電池是目前廣受關(guān)注的正極材料之一，理論比容量為170mAh/g,實(shí)際比容量可達(dá)150mAh/g以上。其主要特點(diǎn)是成本低廉，安全性非常好，循環(huán)壽命高，這些特點(diǎn)使得磷酸鐵鋰材料迅速成為研究熱點(diǎn)，磷酸鐵鋰電池也在電動(dòng)汽車領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用。

　　三元材料(NCM、NCA)

　　三元材料是與鈷酸鋰結(jié)構(gòu)極為相似的鋰鎳鈷錳氧化物(LiNixCoyMn1-x-y02)的俗稱，這種材料在比能量、循環(huán)性、安全性和成本方面可以進(jìn)行均衡和調(diào)控。

　　鎳鈷錳三種元素的不同配置將為材料帶來(lái)不同的性能：鎳含量增加將增加材料的容量，但會(huì)使循環(huán)性能變差;鈷的存在可使材料結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，但含量過(guò)高會(huì)使容量降低;錳的存在可以降低成本并改善安全性能，但含量過(guò)高則會(huì)破壞材料的層狀結(jié)構(gòu)，因此找到三種材料的比例關(guān)系以達(dá)到綜合性能最優(yōu)化，是三元鋰電池材料研發(fā)的重點(diǎn)。

　　鋰電池正極材料的選擇需要考慮哪些因素

　　1）具有較高的氧化還原反應(yīng)電位，使鋰電池達(dá)到較高的輸出電壓；

　　2）鋰元素含量高，材料堆積密度高，使得鋰離子電池具有較高的能量密度；

　　3）化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要好，使得鋰電池具有長(zhǎng)循環(huán)壽命；

　　4）電導(dǎo)率要高，使得鋰離子電池具有良好的充放電倍率性能；

　　5）化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性要好，不易分解和發(fā)熱，使得鋰離子電池具有良好的安全性；

　　6）價(jià)格便宜，使得鋰離子電池的成本足夠低；

　　7）制造工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，便于大規(guī)模生產(chǎn)；

　　8）對(duì)環(huán)境的污染低，易于回收利用。

　　正極材料對(duì)鋰電池性能的影響

　　①電芯能量密度

　　每種鋰電池正極材料都有其理論能量密度，選擇了一種正極材料，就選擇了電芯能量密度的上限。正極材料的用量設(shè)計(jì)和加工制作過(guò)程中的振實(shí)密度也對(duì)電芯成品的能量密度產(chǎn)生影響。

　　②電芯功率密度

　　不同的正極材料種類，決定了鋰電池充放電功率的大體范圍。材料的一些細(xì)節(jié)，作為輔助因素，也會(huì)對(duì)功率特性造成影響。比如，正極材料的晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，顆粒尺寸，摻雜原子，碳包覆工藝，材料的制備方法等。以上因素最終都是通過(guò)影響正極材料容納鋰離子的能力和脫嵌嵌入通道的通暢性來(lái)影響鋰電池的功率密度。

　　③電芯循環(huán)壽命

　　影響電芯循環(huán)壽命的因素很多，與正極材料相關(guān)的，主要有正極材料活性物質(zhì)在循環(huán)使用中的損耗，以及充放電過(guò)程中，材料結(jié)構(gòu)的崩壞引發(fā)的正極容納鋰離子能力的衰減。而正極材料中的雜質(zhì)成分，比如單質(zhì)鐵和三價(jià)鐵，都會(huì)與電解液相互作用，產(chǎn)生不良副反應(yīng)，或者造成內(nèi)部微短路。

　　鋰電池正極材料的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

　　近年來(lái)，中國(guó)新能源汽車發(fā)展迅猛，帶動(dòng)了對(duì)動(dòng)力鋰電池的旺盛需求，正極材料是鋰電池中最為關(guān)鍵的原材料。在當(dāng)前市場(chǎng)上，動(dòng)力電池正極材料具有體系多元化、需求個(gè)性化和市場(chǎng)多變化三個(gè)特點(diǎn)。

　　隨著新能源汽車行業(yè)以及儲(chǔ)能行業(yè)的發(fā)展，預(yù)計(jì)未來(lái)鋰電池正極材料行業(yè)在細(xì)分的磷酸鐵鋰以及三元材料方面將成為正極材料產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力，江門(mén)長(zhǎng)優(yōu)作為新能源汽車動(dòng)力電池的正極材料供應(yīng)商，擁有多年的資質(zhì)且質(zhì)檢在行業(yè)有口皆碑，在新能源汽車的發(fā)展下，也將迎來(lái)更多的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

　　以上就是鋰電池正極材料的介紹，市場(chǎng)發(fā)展初期，新能源汽車百花齊放，對(duì)動(dòng)力電池及材料的要求也各不相同。各鋰電池廠家需對(duì)鋰電池正極材料研發(fā)、技術(shù)、生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)不斷完善。