鋰電池正極材料有哪些?對電池性能有何影響

來源：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，說明材料的氧化能力越弱，材料越安全。目前已經(jīng)市場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，前景十分樂觀。

　　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高、比容量較高、循環(huán)性能好、合成工藝簡單等優(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不同的性能：鎳含量增加將增加材料的容量，但會使循環(huán)性能變差;鈷的存在可使材料結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，但含量過高會使容量降低;錳的存在可以降低成本并改善安全性能，但含量過高則會破壞材料的層狀結(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)過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要好，使得鋰電池具有長循環(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）價格便宜，使得鋰離子電池的成本足夠低；

　　7）制造工藝相對簡單，便于大規(guī)模生產(chǎn)；

　　8）對環(huán)境的污染低，易于回收利用。

　　正極材料對鋰電池性能的影響

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　　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)和加工制作過程中的振實(shí)密度也對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，也會對功率特性造成影響。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影響鋰電池的功率密度。

　?、垭娦狙h(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)鐵和三價鐵，都會與電解液相互作用，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發(fā)展趨勢

　　近年來，中國新能源汽車發(fā)展迅猛，帶動了對動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)前市場上，動力電池正極材料具有體系多元化、需求個性化和市場多變化三個特點(diǎn)。

　　隨著新能源汽車行業(yè)以及儲能行業(yè)的發(fā)展，預(yù)計(jì)未來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)增長的主要驅(qū)動力，江門長優(yōu)作為新能源汽車動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，市場發(fā)展初期，新能源汽車百花齊放，對動力電池及材料的要求也各不相同。各鋰電池廠家需對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。