鋰離子電池正極材料分類及作用

來源：存能電氣  日期：2019-07-31 14:51  瀏覽量：次

　　鋰離子電池正極材料分類及作用。正極材料一直是鋰離子電池核心，它的選擇直接決定了電池性能的高低。正極材料的選擇主要是，可逆脫鋰和嵌鋰的過渡金屬氧化物，是鋰離子電池的重要成分之一。由于正極材料對(duì)電池性能影響較大，所以很多研究者們致力于研發(fā)出性能更高的正極材料。

　　鋰離子電池正極材料分類

　　第一類：鋰鎳氧化物

　　鋰鎳氧化物主要代表為鎳酸鋰，產(chǎn)品特性和鎳鈷氧化物類似，但是價(jià)格來說會(huì)比鎳鈷氧化物價(jià)格低，因其能量密度大，可以達(dá)到274mAh/g，是比較理想的搞能量密度的鋰離子電池正極材料，但是其安全性能太差，不夠問題，而且循環(huán)次數(shù)比較低，因此目前使用鎳酸鋰作為鋰離子電池正極材料的廠商不多。

　　第二類：鋰鈷氧化物

　　鋰鈷氧化物主要代表為鈷酸鋰，產(chǎn)品因價(jià)格高，產(chǎn)品其單體能量密度可以達(dá)到274mAh/g，但是其系統(tǒng)能量密度只能達(dá)到138mAh/g，其中有五高，高能量密度，高價(jià)格，高功率，高商業(yè)化程度，高循環(huán)壽命，不足也很明顯，價(jià)格過高，在中國(guó)鈷鹽嚴(yán)重缺乏的地理位置，鈷鹽都需要進(jìn)口。

　　第三類：鋰鈦氧化物

　　鋰鈦氧化物典型的代表就是鈦酸鋰，這個(gè)產(chǎn)品主要由珠海銀隆占據(jù)主導(dǎo)地位，其優(yōu)勢(shì)就是快充，這個(gè)優(yōu)勢(shì)可以將其劣勢(shì)忽略，那就是能量密度小，跑一段時(shí)間就需要充電，可以進(jìn)行快充也相對(duì)比較方便，另外一個(gè)優(yōu)勢(shì)是安全，第三個(gè)優(yōu)勢(shì)是循環(huán)次數(shù)可以達(dá)到2萬次，但是其價(jià)格很高，這樣單次循環(huán)的價(jià)格就可以拉低。

　　第四類：鎳鈷多元氧化物

　　這種就是我們常說的多元氧化物，目前最為常見的有鎳鈷錳酸鋰和鎳鈷鋁酸鋰，其中鎳鈷錳酸鋰又分為鎳鈷錳酸鋰111，鎳鈷錳酸鋰523，鎳鈷錳酸鋰622，鎳鈷錳酸鋰811，但是鎳鈷鋁酸鋰卻見得不多，大多都是松下公司提供給美國(guó)公司特斯拉進(jìn)行使用，其中鎳鈷鋁酸鋰的比例為0.8比0.15比0.05。

　　第五類：鋰錳氧化物

　　鋰錳氧化物主要代表為錳酸鋰，高錳酸鋰，資源在我國(guó)境內(nèi)比較豐富，而且產(chǎn)品目前也是研究的熱點(diǎn)，其中LiMn2O4有著其較高的能量密度，但是穩(wěn)定性卻大大降低，尤其是在高溫條件下，LiMn2O4不穩(wěn)定，但是其主要優(yōu)勢(shì)比較明顯，產(chǎn)品無污染，安全性能良好。

　　第六類：鋰鐵磷氧化物

　　鋰鐵磷氧化物的主要代表為磷酸鐵鋰，使用最多的公司就是BYD，其產(chǎn)品各方性能均衡，能量密度135mAh/g，無毒無污染，循環(huán)次數(shù)不低于2000次，適宜溫度也可以在零下20度和50度的高溫下都對(duì)鋰離子電池正極材料影響不大，而且在作為乘用車的動(dòng)力能源時(shí)，安全性能屬于高級(jí)別等級(jí)。

　　鋰離子電池正極候選材料按結(jié)構(gòu)主要可分為以下三類：（1）層狀結(jié)構(gòu)的LiMO2（M=Co、Ni、Mn）正極材料；（2）尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn2O4正極材料；（3）橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO4正極材料。

　　鋰離子正極材料的作用

　　正極材料在鋰離子電池化學(xué)體系中起著至關(guān)重要的作用。正極材料是決定鋰離子電池性能的關(guān)鍵材料之一，也是目前商業(yè)化鋰離子電池中主要的鋰離子來源，其性能和價(jià)袼對(duì)鋰離子電池的影響較大。

　　每種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。

　　鋰離子電池正極材料要在全電池中發(fā)揮最優(yōu)良的性能，需要在材料組成優(yōu)化的前提下，進(jìn)一步優(yōu)化材料的晶體結(jié)構(gòu)、顆粒結(jié)構(gòu)與形貌、顆粒表面化學(xué)、材料堆積密度和壓實(shí)密度等物理化學(xué)性質(zhì)，同時(shí)還需要嚴(yán)防工藝過程引入微量金屬雜質(zhì)。當(dāng)然，穩(wěn)定、高質(zhì)量的大規(guī)模生產(chǎn)是材料在電池制造中性能穩(wěn)定的重要的保障。

　　當(dāng)前動(dòng)力電池市場(chǎng)上，主流的鋰電池正極材料只剩下錳酸鋰，磷酸鐵鋰和三元鋰三種。它們各有所長(zhǎng)，又有自己的缺點(diǎn)。隨著市場(chǎng)的發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步，新材料的誕生，升級(jí)和淘汰仍然在進(jìn)行中。