鋰電池正極材料有哪些？鋰電池對(duì)正極材料的基本要求是什么？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2020-05-15 20:09
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鋰電池正極材料有哪些？
正極材料的性能是制約鋰電池容量的重要因素。常見的正極材料有：鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料等。
正極材料的性能是制約鋰電池容量的重要因素。常見的正極材料有：鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料等。
1、鈷酸鋰：首個(gè)成功商業(yè)化的鋰離子電池正極材料。由于有鈷資源相對(duì)貧乏、價(jià)格較高、對(duì)環(huán)境有毒性等缺點(diǎn)，再加上該材料安全性能較差、容量相對(duì)較低，大大限制了其廣泛的應(yīng)用和長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。目前鈷酸鋰材料電池主要用于數(shù)碼電池中。
2、錳酸鋰：主要為尖晶石型錳酸鋰。相較鈷酸鋰，具有資源豐富、價(jià)格便宜、對(duì)環(huán)境污染小且安全性能優(yōu)良等特點(diǎn)。但尖晶石的結(jié)構(gòu)很難保持完整性，循環(huán)性較差，高溫循環(huán)中錳在電解液中的溶解和 Jahn-Teller 效應(yīng)也導(dǎo)致材料的容量衰減嚴(yán)重。
3、磷酸鐵鋰：原料豐富、價(jià)格相比其他材料來比較低廉、對(duì)環(huán)境友好，加上較好的循環(huán)性能和高安全性使得其率先在電動(dòng)汽車上得到了應(yīng)用。但是磷酸鐵鋰材料的導(dǎo)電性較差，振實(shí)密度較低，導(dǎo)致體積能量密度較低，限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。
4、三元材料：受鈷酸鋰的金屬元素?fù)诫s改性的啟發(fā)，多元金屬?gòu)?fù)合氧化物---三元材料 LiNi 1-x-y Co x N y O 2 (N=Mn、Al)得到快速發(fā)展。三元材料結(jié)合了鈷酸鋰、鎳酸鋰和錳酸鋰(鋁酸鋰)的優(yōu)點(diǎn)，形成了三元共溶體，可以充分發(fā)揮三個(gè)組元的作用。理論容量較高，具有較為均衡的性質(zhì)，在動(dòng)力型電池市場(chǎng)中占據(jù)了重要的地位。
鋰電池對(duì)正極材料的基本要求
第一，材料自身電位高，這樣才能與負(fù)極材料之間形成較大的電位差，帶來能量密度高的電芯設(shè)計(jì)；同時(shí)帶電離子嵌入脫出對(duì)電極電位影響小，則充放電過程，不會(huì)有過大的電壓波動(dòng)，不會(huì)給系統(tǒng)內(nèi)的其他電氣帶來不利影響。
第二，材料含鋰量高且鋰電池嵌入脫嵌可逆。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(kuò)散系數(shù)大，鋰離子在材料內(nèi)部的移動(dòng)更迅速，嵌入和脫嵌的能力強(qiáng)。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，鋰離子的嵌入通道相對(duì)較短，則嵌入和脫嵌更容易。通道淺的同時(shí)，嵌鋰位置還要充足。
第五，與電解液的相容性和熱穩(wěn)定性好，這點(diǎn)是出于安全性考慮。
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(jié)構(gòu)穩(wěn)定，是鋰電池正極材料得到推廣應(yīng)用的有利條件。
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