鋰電池正極材料的基本要求和鋰電池正極材料種類分析
來源：寶鄂實業(yè)
2020-05-12 09:01
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鋰電池正極材料的基本要求
第一，材料自身電位高，這樣才能與負極材料之間形成較大的電位差，帶來能量密度高的電芯設計；同時帶電離子嵌入脫出對電極電位影響小，則充放電過程，不會有過大的電壓波動，不會給系統(tǒng)內(nèi)的其他電氣帶來不利影響。
第二，材料含鋰量高且鋰離子嵌入脫嵌可逆。這是高容量的前提。有些正極材料，理論容量很高，但是有一半的鋰離子，第一次嵌入以后就失去了活性。這樣的材料，是無法投入商用的。
第三，鋰離子擴散系數(shù)大，鋰離子在材料內(nèi)部的移動更迅速，嵌入和脫嵌的能力強。是影響電芯內(nèi)阻的因素，也是影響功率特性的因素。
第四，材料比表面積大，有大量的嵌鋰位置。表面積大，鋰電池的嵌入通道相對較短，則嵌入和脫嵌更容易。通道淺的同時，嵌鋰位置還要充足。
第五，與鋰電池電解液的相容性和熱穩(wěn)定性好，這點是出于安全性考慮。正極材料與電解液不容易發(fā)生反應，以及在較高溫度下依然結構穩(wěn)定并且仍然不易與電解液反應。這樣的材質(zhì)，不會為電芯額外的熱積累提供熱量，可以減少電芯進入自生熱階段的概率。
第六，材料易得，且加工性能好。成本低，材料容易加工成電極，且電極結構穩(wěn)定，是材料得到推廣應用的有利條件。
鋰電池正極材料種類
其包括正極材料、負極材料、電解液、隔膜和導電材料等。在某種情況下，衡量鋰電池正極材料的好壞，可以通過材料的氧化還原電位高低，鋰離子在正極材料中脫嵌的能力及其電導率等來判斷。
鋰電池正極材料的基本要求
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，正極材料的晶體結構穩(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。
鋰電池正極材料種類
其包括正極材料、負極材料、電解液、隔膜和導電材料等。在某種情況下，衡量鋰電池正極材料的好壞，可以通過材料的氧化還原電位高低，鋰離子在正極材料中脫嵌的能力及其電導率等來判斷。
目前，研究最多的正極材料一般都是鋰的氧化物，比如：鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰、磷酸亞鐵鋰與三元材料等。
1.鈷酸鋰
鈷酸鋰是現(xiàn)階段商品化鋰離子電池中應用最成功、最廣泛的正極材料。其理論容量為274mAh/g，實際容量140 mAh/g左右，但也有報道實際容量已達到155 mAh/g。該材料在可逆性、放電容量、充放電效率和電壓穩(wěn)定方面是比較好的。
2.鎳酸鋰
用于鋰電池正極材料的鎳酸鋰具有與鈷酸鋰類似的層狀結構，其理論容量為274，實際可達200左右。該材料的主要優(yōu)點為：自放電率低，無污染，與多種電解質(zhì)有著良好的相容性，且價格相對便宜等，但是其制備條件相對苛刻。
3.鋰錳鋰
鋰錳鋰具有尖晶石結構。其理論容量為148，實際容量為90~120，工作電壓為3~4。其主要優(yōu)點為：錳資源儲量豐富、價格便宜，易制備，且錳無毒，但是該材料在電解質(zhì)中會溶解，且相容性不理想。
4.磷酸鐵鋰
該材料具有橄欖石晶體結構，其理論容量為170，通過表面修飾，實際容量可高達165，已經(jīng)非常接近理論容量，工作電壓范圍為3.4V左右。與以上正極材料相比，此材料具有更高的穩(wěn)定性、更安全、更環(huán)保且價格低廉，但是電容量不高。
5.三元材料
三元材料是鎳鈷錳鋰復合的正極材料，其中鎳鈷錳的比例是根據(jù)實際情況進行調(diào)整的。三元材料相對于磷酸鐵鋰電池安全性更高，但是平臺太低。
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