介紹鋰離子正負(fù)極材料
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2020-05-05 09:51
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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。
隨著鋰離子電池的不斷發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域也在逐漸的擴(kuò)大，其在正極材料的使用方面已經(jīng)由單一化向多元化的方向轉(zhuǎn)變，其中包括：橄欖石型磷酸亞鐵鋰、層狀鈷酸鋰、尖晶石型錳酸鋰等等，實(shí)現(xiàn)多種材料的并存。
從技術(shù)發(fā)展方面能夠看出，在日后的發(fā)展中還會(huì)產(chǎn)生更多新型的正極材料。對(duì)于動(dòng)力電池的正極材料來說，其在成本費(fèi)用、安全性能、循環(huán)能力以及能量密度等多個(gè)方面都具有較為嚴(yán)格的要求。
鋰電池正極材料的性能直接影響著鋰離子電池的性能，其成本也直接決定電池成本高低。目前研制成功并得到應(yīng)用的正極材料主要有鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、三元材料鎳鈷錳酸鋰(NCM)和鎳鈷鋁酸鋰(NCA)等。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。
鋰離子負(fù)極材料
鋰電池負(fù)極材料主要影響鋰電池的首次效率、循環(huán)性能等。按鋰離子電池成本比例，負(fù)極材料占比鋰電池總成本的25%～28%。隨著技術(shù)的進(jìn)步，目前的鋰離子電池負(fù)極材料已經(jīng)從單一的人造石墨發(fā)展到了天然石墨、中間相碳微球、人造石墨為主，軟碳/硬碳、無定形碳、鈦酸鋰、硅碳合金等多種負(fù)極材料共存的局面。
我國在鋰離子電池負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)化方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，國內(nèi)電池產(chǎn)業(yè)鏈從原料的開采、電極材料的生產(chǎn)、電池的制造和回收等環(huán)節(jié)比較齊整。
一、主要參數(shù)指標(biāo)
鋰離子電池具有能量密度高、轉(zhuǎn)換效率高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、無記憶效應(yīng)、無充放電延時(shí)、自放電率低、工作溫度范圍寬和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，因而成為電能的一個(gè)比較理想的載體，在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
一般而言，我們?cè)谑褂娩囯x子電池的時(shí)候，會(huì)關(guān)注一些技術(shù)指標(biāo)，作為衡量其性能“優(yōu)劣”的主要因素。那么，哪些指標(biāo)是我們需要在使用的時(shí)候，應(yīng)該予以特別關(guān)注呢？
1.容量
這是大家比較關(guān)心的一個(gè)參數(shù)。智能手機(jī)早已普及，我們?cè)谑褂弥悄苁謾C(jī)的時(shí)候，最為擔(dān)心的就是電量不足，需要頻繁充電，有時(shí)還找不到地方充電。早期的功能機(jī)，正常使用情況下，滿充的電池可以待機(jī)3~5天，一些產(chǎn)品甚至可以待機(jī)7天以上?？墒堑搅酥悄軝C(jī)時(shí)代，待機(jī)時(shí)間就顯得慘不忍睹了。這里面很重要的一個(gè)原因，就是手機(jī)的功耗越來越大，而電池的容量卻沒有同比例的增長(zhǎng)。
容量的單位一般為“mAh”(毫安時(shí))或“Ah”(安時(shí))，在使用時(shí)又有額定容量和實(shí)際容量的區(qū)別。額定容量是指滿充的鋰離子電池在實(shí)驗(yàn)室條件下(比較理想的溫濕度環(huán)境)，以某一特定的放電倍率(C-rate)放電到截止電壓時(shí)，所能夠提供的總的電量。實(shí)際容量一般都不等于額定容量，它與溫度、濕度、充放電倍率等直接相關(guān)。一般情況下，實(shí)際容量比額定容量偏小一些，有時(shí)甚至比額定容量小很多，比如北方的冬季，如果在室外使用手機(jī)，電池容量會(huì)迅速下降。
2.能量密度
能量密度，指的是單位體積或單位重量的電池，能夠存儲(chǔ)和釋放的電量，其單位有兩種：Wh/kg，Wh/L，分別代表重量比能量和體積比能量。這里的電量，是上面提到的容量(Ah)與工作電壓(V)的積分。在應(yīng)用的時(shí)候，能量密度這個(gè)指標(biāo)比容量更具有指導(dǎo)性意義。
基于當(dāng)前的鋰離子電池技術(shù)，能夠達(dá)到的能量密度水平大約在100~200Wh/kg，這一數(shù)值還是比較低的，在許多場(chǎng)合都成為鋰離子電池應(yīng)用的瓶頸。這一問題同樣出現(xiàn)在電動(dòng)汽車領(lǐng)域，在體積和重量都受到嚴(yán)格限制的情況下，電池的能量密度決定了電動(dòng)汽車的單次最大行駛里程，于是出現(xiàn)了“里程焦慮癥”這一特有的名詞。如果要使得電動(dòng)汽車的單次行駛里程達(dá)到500公里(與傳統(tǒng)燃油車相當(dāng))，電池單體的能量密度必須達(dá)到300Wh/kg以上。
鋰離子電池能量密度的提升，是一個(gè)緩慢的過程，遠(yuǎn)低于集成電路產(chǎn)業(yè)的摩爾定律，這就造成了電子產(chǎn)品的性能提升與電池的能量密度提升之間存在一個(gè)剪刀差，并且隨著時(shí)間不斷擴(kuò)大。
3.充放電倍率
這個(gè)指標(biāo)會(huì)影響鋰離子電池工作時(shí)的連續(xù)電流和峰值電流，其單位一般為C(C-rate的簡(jiǎn)寫)，如1/10C，1/5C，1C，5C，10C等。舉個(gè)例子來闡述倍率指標(biāo)的具體含義，某電池的額定容量是10Ah，如果其額定充放電倍率是1C，那么就意味著這個(gè)型號(hào)的電池，可以以10A的電流，進(jìn)行反復(fù)的充放電，一直到充電或放電的截止電壓。如果其最大放電倍率是10C@10s，最大充電倍率5C@10s，那么該電池可以以100A的電流進(jìn)行持續(xù)10秒的放電，以50A的電流進(jìn)行持續(xù)10秒的充電。
