鋰電池正極材料對(duì)電池性能有何影響？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2020-01-20 09:20
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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
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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(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。
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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。
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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。
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