1.正極材料

 

　　首先，我們來看看正極材料，正極材料的選擇，主要基于以下幾個(gè)因素考慮：

 

　　1)具有較高的氧化還原反應(yīng)電位，使鋰離子電池達(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，使得鋰離子電池具有長(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。

 

　　當(dāng)前，鋰離子電池的能量密度、充放電倍率、安全性等一些關(guān)鍵指標(biāo)，主要受制于正極材料?！♀捤徜嚨纳虡I(yè)化應(yīng)用走的最早，第一代商業(yè)化應(yīng)用的鋰離子電池就是SONY在1990年推向市場(chǎng)的鈷酸鋰離子電池，隨后在消費(fèi)類產(chǎn)品中得到大規(guī)模應(yīng)用。隨著手機(jī)、筆記本、平板電腦的大規(guī)模普及，鈷酸鋰一度是鋰離子電池正極材料中銷售量占比最大的材料。但其固有的缺點(diǎn)是質(zhì)量比容量(不等同于能量密度)低，理論極限是274mAh/g，出于正極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性考慮，實(shí)際只能達(dá)到理論值的50%，即137mAh/g。同時(shí)，由于地球上鈷元素的儲(chǔ)量比較低，也導(dǎo)致鈷酸鋰的成本偏高，難以在動(dòng)力電池領(lǐng)域大規(guī)模普及，所以鈷酸鋰正極材料將被其他材料逐步取代。

 

　　由于穩(wěn)定性，安全性，材料合成困難等方面的缺點(diǎn)，鎳酸鋰的商業(yè)應(yīng)用較少，市場(chǎng)上很少看到，這里不做論述。

 

　　錳酸鋰的商業(yè)化應(yīng)用，主要在動(dòng)力電池領(lǐng)域，是鋰離子電池一個(gè)比較重要的分支。如日產(chǎn)的leaf純電動(dòng)轎車采用了日本AESC公司的錳酸鋰離子電池，早期的雪弗蘭Volt也采用韓國(guó)LG化學(xué)的錳酸鋰離子電池。錳酸鋰的突出優(yōu)點(diǎn)是成本低，低溫性能好，缺點(diǎn)是比容量低，極限在148mAh/g，且高溫性能差，循環(huán)壽命低。所以錳酸鋰的發(fā)展有明顯的瓶頸，近年來的研究方向主要是改性錳酸鋰，通過摻雜其他元素，改變其缺點(diǎn)。

 

　　磷酸鐵鋰材料在中國(guó)熱過一陣子，一方面受美國(guó)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)在技術(shù)方面的帶動(dòng)，另一方面受比亞迪在國(guó)內(nèi)的產(chǎn)業(yè)化推動(dòng)，前幾年國(guó)內(nèi)的鋰離子電池企業(yè)在動(dòng)力電池領(lǐng)域基本都以磷酸鐵鋰材料為主。但是隨著全球各國(guó)對(duì)鋰離子電池能量密度的要求越來越高，而磷酸鐵鋰的比容量理論極限是170mAh/g，而實(shí)際上只能達(dá)到120mAh/g左右，已經(jīng)無法滿足當(dāng)前和未來的市場(chǎng)需求。此外，磷酸鐵鋰的倍率性能一般，低溫特性差等缺點(diǎn)，也限制了磷酸鐵鋰的應(yīng)用。最近比亞迪搞出了一個(gè)改性磷酸鐵鋰材料，把能量密度提升了不少，還未透露具體的技術(shù)細(xì)節(jié)，不知道摻雜了什么材料在里面。就產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域而言，電力儲(chǔ)能市場(chǎng)應(yīng)該是磷酸鐵鋰離子電池的一個(gè)重要市場(chǎng)，相對(duì)而言，這個(gè)市場(chǎng)對(duì)能量密度不是特別敏感，而對(duì)長(zhǎng)壽命，低成本，高安全性電池的迫切需求，正是磷酸鐵鋰材料的優(yōu)勢(shì)所在。

 

　　日韓企業(yè)在近幾年大力推動(dòng)三元材料的應(yīng)用，鎳鈷錳三元材料逐漸成為市場(chǎng)的主流，國(guó)內(nèi)企業(yè)也采取跟隨策略，逐步轉(zhuǎn)向三元材料。三元材料的比容量較高，目前市場(chǎng)上的產(chǎn)品已經(jīng)可以達(dá)到170~180mAh/g，從而可以將電池單體的能量密度提高到接近200Wh/kg，滿足電動(dòng)汽車的長(zhǎng)續(xù)航里程要求。此外，通過改變?nèi)牧系呐浔?x，y的值)，還可以達(dá)到良好的倍率性能，從而滿足PHEV和HEV車型對(duì)大倍率小容量鋰離子電池的需求，這也正是三元材料大行其道的原因。從化學(xué)式可以看出，鎳鈷錳三元材料綜合了鈷酸鋰(LiCoO2)和錳酸鋰(LiMn2O4)的一些優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)因?yàn)閾诫s了鎳元素，可以提升能量密度和倍率性能。