正極材料的性能和價格會制約鋰電池發(fā)展嗎？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-05-08 22:03
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近年來，新能源汽車在市場及政策的雙重支持下發(fā)展勢態(tài)良好，動力電池作為新能源汽車的核心部 件，也隨之飛速發(fā)展。2018年前4月，我國動力電池裝機量累計達8.08GWh，同比增長253.66%。 鋰離子電池是新能源汽車目前使用最普遍的動力電池，它主要由正極材料、負極材料、隔膜和電解液 等構(gòu)成。正極材料在鋰電池的總成本中占據(jù)40%以上的比例，并且其性能直接影響了鋰電池的各項性 能指標(biāo)，所以正極材料在鋰電池中占據(jù)核心地位。正極材料的性能和價格等是制約鋰離子電池進一步 向高能量、長壽命和低成本發(fā)展的瓶頸，發(fā)展高能鋰離子電池的關(guān)鍵技術(shù)之一是正極材料的開發(fā)。
作為鋰離子的提供者——正極材料，其種類也是很多的，從磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、到鎳鈷錳三元材 料，從低鎳含量的三元材料到高鎳含量的三元材料，從NCM到NCA、從常規(guī)的材料到高電壓的材料、從一 次顆粒團聚形成的二次顆粒到大單晶顆粒、從元素分布均一的材料到核殼結(jié)構(gòu)、梯度包覆摻雜的材料......正 極材料的每一次小小的進步，都能給鋰離子電池的性能帶來巨大的提升，當(dāng)然，也會給材料加工帶來一定的 難度。本系列將從正極材料的相關(guān)檢測方法入手，從理論結(jié)合實際，帶大家初步的了解相關(guān)材料的檢測方 法。今天將對正極材料的檢測方法做一個初步的介紹。
由于之前在負極系列中已經(jīng)將粒度分布、比表面積、振實密度、磁性物質(zhì)、外觀形貌、首次充放電效率、容 量以及在加工中需要檢測的粘度、固含量、細度、流變、厚度、表面狀態(tài)、吸液性能、表面電阻、孔隙率、
鋰鈷氧化物
鋰鈷氧化物，也被稱作鈷酸鋰，化學(xué)式為LiCoO2，是以一種無機化合物。鋰鈷氧化物是目前市場上 鋰離子電池用的最廣泛的正極材料之一。LiCoO2屬于α-NaFeO2型結(jié)構(gòu)，它具有二維層狀結(jié)構(gòu)，適 合鋰離子的脫嵌，其理論容量為274mAh/g，但在實際應(yīng)用中，由于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的限制，最多只能 把晶格中的一半Li+脫出，因此實際比容量約為140mAh/g 左右，其平均工作電壓高達3.7V。鋰鈷 氧化物一般采用高溫固相法制備，該種方法工藝簡單、容易操作、適宜量產(chǎn)。由于鋰鈷氧化物制備容 易，而且具有電化學(xué)性能高、循環(huán)性能好、性能穩(wěn)定以及充放電性能優(yōu)良等優(yōu)點，所以它是最早被規(guī) ?；糜阡囯x子電池的正極材料。
鋰鎳氧化物
鋰鎳氧化物，也被稱作鎳酸鋰，化學(xué)式為LiNiO2。鋰鎳氧化物的結(jié)構(gòu)為立方巖鹽，與鋰鈷氧化物相 同，但其價格比鋰鈷氧化物低。它的理論容量為276mAh/g，實際比容量為140~180mAh/g，工 作電壓范圍為2.5V~4.2V。鋰鎳氧化物擁有高溫穩(wěn)定性好、自放電率低、無過充電及過放電限制、 無污染等優(yōu)點，此外它還是目前研究的正極材料中實際放電容量較高的。但由于其要求在富氧氣氛下 合成，工藝條件控制要求較高且易生成非計量化合物，條件苛刻，制備困難，所以它作為鋰離子電池 的正極材料使用的并不多。
鋰錳氧化物
鋰錳氧化物，按照結(jié)構(gòu)分為層狀LiMnO2和尖晶石型LiMn2O4兩種。LiMnO2屬于正交晶系，巖鹽 結(jié)構(gòu)，氧原子呈扭變四方密堆結(jié)構(gòu)分布，理論比容量達到286mAh/g，充放電范圍為2.5~4.3V。 LiMn2O4為尖石型結(jié)構(gòu)，立方晶系，F(xiàn)其可以產(chǎn)生4.0 V的高電壓平臺，理論容量為148mAh/g，與 鋰鈷氧化物容量接近。我國是一個錳礦資源豐富的國家，錳礦價格低廉，而且環(huán)境相容性好，所以鋰 錳氧化物也是很有發(fā)展?jié)摿Φ恼龢O材料。使用鋰鈷氧化物作為正極材料生產(chǎn)的電池，安全性好，耐過 充放電。
鋰釩氧化物，化學(xué)式為Li1+xV3O8，它的結(jié)構(gòu)由八面體和三角雙錐組成，鋰離子位于八面體位置， 與層之間用離子鍵固定，過量的鋰占據(jù)層間四面體位置。其理論比容量為240mAh/g，充放電范圍 較小，在2~3.7V之間。鋰釩氧化物比容量高、循環(huán)性能穩(wěn)定，但其電導(dǎo)率低，氧化性強，容易導(dǎo)致 有機電解液分解。制備鋰釩氧化物的主要方法有高溫固相法和液相反應(yīng)法。
鋰錳鎳鈷復(fù)合氧化物
鋰錳鎳鈷復(fù)合氧化物，化學(xué)式為LiNi1-x-yCoxMnyO2。它由于引入和Ni、Co、Mn，所以存在明顯 的三元協(xié)同效應(yīng)，綜合了LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2 三種層狀材料的優(yōu)點。由于加入了Ni，有效 提高了其材料容量;加入了Co，其層狀結(jié)構(gòu)得到明顯穩(wěn)定;加入Mn，降低了材料成本的同時，還提高 了其安全性。此外，LiNi1-x-yCoxMnyO2的充放電平臺高，性能更佳，因此有望取代現(xiàn)有的其他正 極材料。
作為鋰離子的提供者——正極材料，其種類也是很多的，從磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、到鎳鈷錳三元材 料，從低鎳含量的三元材料到高鎳含量的三元材料，從NCM到NCA、從常規(guī)的材料到高電壓的材料、從一 次顆粒團聚形成的二次顆粒到大單晶顆粒、從元素分布均一的材料到核殼結(jié)構(gòu)、梯度包覆摻雜的材料......正 極材料的每一次小小的進步，都能給鋰離子電池的性能帶來巨大的提升，當(dāng)然，也會給材料加工帶來一定的 難度。本系列將從正極材料的相關(guān)檢測方法入手，從理論結(jié)合實際，帶大家初步的了解相關(guān)材料的檢測方 法。今天將對正極材料的檢測方法做一個初步的介紹。
由于之前在負極系列中已經(jīng)將粒度分布、比表面積、振實密度、磁性物質(zhì)、外觀形貌、首次充放電效率、容 量以及在加工中需要檢測的粘度、固含量、細度、流變、厚度、表面狀態(tài)、吸液性能、表面電阻、孔隙率、
