鋰電池有哪些常見的正極材料？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-09-11 21:58
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幾種常見的正極材料的主要特點介紹如下：
1、鈷酸鋰
鈷酸鋰由于具有生產(chǎn)工藝簡單和電化學性能穩(wěn)定等優(yōu)勢，所以最先實現(xiàn)商品化。同時由于鈷酸鋰具有工作電壓高、充放電電壓平穩(wěn)，適合大電流充放電，比能量高、循環(huán)性能好等優(yōu)點，在需要小型充電電池的領(lǐng)域中具有重要應用。鈷酸鋰正極材料的缺點是價格昂貴，實際比容量僅為其理論容量的274mAh/g的50%左右；鈷酸鋰的循環(huán)壽命已達到1000次，但仍有待于進一步提高；此外鈷酸鋰的抗過充電性能較差，在較高充電電壓下比容量迅速降低。目前中國的鈷酸鋰主要是中粒徑為10-12微米的產(chǎn)品，各主要鋰電正極材料企業(yè)也紛紛推出了中粒徑在15-18微米的產(chǎn)品，預計鈷酸鋰會向高壓實和高安全性的方向發(fā)展。
2、三元材料
近幾年來層狀嵌鋰多元過渡金屬復合型正極材料發(fā)展迅速，尤其是含有鈷鎳錳三種元素的新型過渡金屬嵌鋰氧化物復合材料，可用通式表示為LiMnxNiyCo1-yO2（0<x<0.5，0<y<0.5），這一方面是由于鈷酸鋰價格高導致的，另一方面國際市場的需求也是三元材料發(fā)展迅猛的另一動力。由于中國企業(yè)越來越多的參與國際市場競爭，國際鋰電企業(yè)的材料選擇也直接影響到國內(nèi)企業(yè)的選擇。此種材料綜合了鈷酸鋰、鎳酸鋰和錳酸鋰三類材料的優(yōu)點，形成了LiCoO2/LiNiO2/LiMnO2三相的共熔體系，且其綜合性能優(yōu)于任一的單組合化合物，存在明顯的三元協(xié)同效應。此類固溶體材料通常具有200mAh/g左右的放電容量，主要工作電壓區(qū)間在2.5～4.6V之間，在充放電過程中，能保持層狀結(jié)構(gòu)的特征，避免了層狀LiMnO2結(jié)構(gòu)向尖晶石結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。與目前占據(jù)市場主流的鈷酸鋰比較，其具有比容量高、價格低、對環(huán)境友好、熱穩(wěn)定性高和安全性好等優(yōu)勢，具有廣闊的市場前景。今后的發(fā)展將在制備方法上的創(chuàng)新、形態(tài)控制、表面修飾以及提高振實密度等方面深入。
3、錳酸鋰
與鈷酸鋰和鎳酸鋰相比，錳酸鋰具有安全性好、耐過充性好、原料錳的資源豐富、價格低廉及無毒性等優(yōu)點，是很有發(fā)展前途的一種正極材料。層狀錳酸鋰用作鋰離子電池正極材料的缺點是雖然容量很高，但在高溫下不穩(wěn)定，而且在充放電過程中易向尖晶石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，導致容量衰減過快。錳酸鋰在中國市場的使用還主要定位在小型電池領(lǐng)域，無法應用于高端領(lǐng)域，更不能完全取代鈷酸鋰材料在小型鋰電的地位。經(jīng)過多年的研究，錳酸鋰材料的性能得到了較大的改善，2007-2008年，國內(nèi)已有多數(shù)企業(yè)已經(jīng)開始穩(wěn)定批量地使用錳酸鋰，錳酸鋰主要與鈷酸鋰摻混使用于低端的鋼殼電池上，或者單獨用于動力電池。目前國內(nèi)錳酸鋰企業(yè)包括大型的正極材料生產(chǎn)企業(yè)都在積極的開發(fā)高溫循環(huán)改善的錳酸鋰材料。
4、磷酸鐵鋰
隨著動力電池的發(fā)展，國內(nèi)廠家大多傾向于采用磷酸鐵鋰材料。它是一類新型的鋰離子電池用正極材料。該類材料具有高的能量密度、低廉的價格、優(yōu)異的安全性等特點，特別適用于動力電池。它的出現(xiàn)是鋰離子電池材料的一項重大突破，現(xiàn)已成為各國競相研究的熱點。目前磷酸鐵鋰被認為是最有發(fā)展前途的動力電池正極材料。目前國內(nèi)實現(xiàn)磷酸鐵鋰批量生產(chǎn)的企業(yè)有60多家，年產(chǎn)能3800噸。由于磷酸鐵鋰生產(chǎn)技術(shù)門檻很高，大多數(shù)生產(chǎn)廠商在批量生產(chǎn)時產(chǎn)品的穩(wěn)定性難以保證。它的缺點是電阻率較大，電極材料利用率低。因此研究工作主要集中在解決其導電率問題上。此外磷酸鐵鋰的專利問題也是其產(chǎn)業(yè)過程中的一個需要解決的問題。
1、鈷酸鋰
鈷酸鋰由于具有生產(chǎn)工藝簡單和電化學性能穩(wěn)定等優(yōu)勢，所以最先實現(xiàn)商品化。同時由于鈷酸鋰具有工作電壓高、充放電電壓平穩(wěn)，適合大電流充放電，比能量高、循環(huán)性能好等優(yōu)點，在需要小型充電電池的領(lǐng)域中具有重要應用。鈷酸鋰正極材料的缺點是價格昂貴，實際比容量僅為其理論容量的274mAh/g的50%左右；鈷酸鋰的循環(huán)壽命已達到1000次，但仍有待于進一步提高；此外鈷酸鋰的抗過充電性能較差，在較高充電電壓下比容量迅速降低。目前中國的鈷酸鋰主要是中粒徑為10-12微米的產(chǎn)品，各主要鋰電正極材料企業(yè)也紛紛推出了中粒徑在15-18微米的產(chǎn)品，預計鈷酸鋰會向高壓實和高安全性的方向發(fā)展。
2、三元材料
近幾年來層狀嵌鋰多元過渡金屬復合型正極材料發(fā)展迅速，尤其是含有鈷鎳錳三種元素的新型過渡金屬嵌鋰氧化物復合材料，可用通式表示為LiMnxNiyCo1-yO2（0<x<0.5，0<y<0.5），這一方面是由于鈷酸鋰價格高導致的，另一方面國際市場的需求也是三元材料發(fā)展迅猛的另一動力。由于中國企業(yè)越來越多的參與國際市場競爭，國際鋰電企業(yè)的材料選擇也直接影響到國內(nèi)企業(yè)的選擇。此種材料綜合了鈷酸鋰、鎳酸鋰和錳酸鋰三類材料的優(yōu)點，形成了LiCoO2/LiNiO2/LiMnO2三相的共熔體系，且其綜合性能優(yōu)于任一的單組合化合物，存在明顯的三元協(xié)同效應。此類固溶體材料通常具有200mAh/g左右的放電容量，主要工作電壓區(qū)間在2.5～4.6V之間，在充放電過程中，能保持層狀結(jié)構(gòu)的特征，避免了層狀LiMnO2結(jié)構(gòu)向尖晶石結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。與目前占據(jù)市場主流的鈷酸鋰比較，其具有比容量高、價格低、對環(huán)境友好、熱穩(wěn)定性高和安全性好等優(yōu)勢，具有廣闊的市場前景。今后的發(fā)展將在制備方法上的創(chuàng)新、形態(tài)控制、表面修飾以及提高振實密度等方面深入。
3、錳酸鋰
與鈷酸鋰和鎳酸鋰相比，錳酸鋰具有安全性好、耐過充性好、原料錳的資源豐富、價格低廉及無毒性等優(yōu)點，是很有發(fā)展前途的一種正極材料。層狀錳酸鋰用作鋰離子電池正極材料的缺點是雖然容量很高，但在高溫下不穩(wěn)定，而且在充放電過程中易向尖晶石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，導致容量衰減過快。錳酸鋰在中國市場的使用還主要定位在小型電池領(lǐng)域，無法應用于高端領(lǐng)域，更不能完全取代鈷酸鋰材料在小型鋰電的地位。經(jīng)過多年的研究，錳酸鋰材料的性能得到了較大的改善，2007-2008年，國內(nèi)已有多數(shù)企業(yè)已經(jīng)開始穩(wěn)定批量地使用錳酸鋰，錳酸鋰主要與鈷酸鋰摻混使用于低端的鋼殼電池上，或者單獨用于動力電池。目前國內(nèi)錳酸鋰企業(yè)包括大型的正極材料生產(chǎn)企業(yè)都在積極的開發(fā)高溫循環(huán)改善的錳酸鋰材料。
4、磷酸鐵鋰
隨著動力電池的發(fā)展，國內(nèi)廠家大多傾向于采用磷酸鐵鋰材料。它是一類新型的鋰離子電池用正極材料。該類材料具有高的能量密度、低廉的價格、優(yōu)異的安全性等特點，特別適用于動力電池。它的出現(xiàn)是鋰離子電池材料的一項重大突破，現(xiàn)已成為各國競相研究的熱點。目前磷酸鐵鋰被認為是最有發(fā)展前途的動力電池正極材料。目前國內(nèi)實現(xiàn)磷酸鐵鋰批量生產(chǎn)的企業(yè)有60多家，年產(chǎn)能3800噸。由于磷酸鐵鋰生產(chǎn)技術(shù)門檻很高，大多數(shù)生產(chǎn)廠商在批量生產(chǎn)時產(chǎn)品的穩(wěn)定性難以保證。它的缺點是電阻率較大，電極材料利用率低。因此研究工作主要集中在解決其導電率問題上。此外磷酸鐵鋰的專利問題也是其產(chǎn)業(yè)過程中的一個需要解決的問題。
