鋰電池正極材料產(chǎn)品標準技術規(guī)范

2.1 鋰離子電池對正極材料的要求

正極是電池的核心部件，其優(yōu)劣直接影響電池性能。一般而言，對正極活性物質有如下要求:1 允許大量Li+嵌入脫出(比容量大);2 具有較高的氧 化還原電位(電壓高);3 嵌入脫出可逆性好，結構變化小(循環(huán)壽命長);4 鋰離子擴散系數(shù)和電子導電性高 (低溫、倍率特性好);5 化學/熱穩(wěn)定性高， 與電解液相容性好(安全性好);6 資源豐富，環(huán)境友好，價格便宜(成本低、環(huán)保)。

2.2 正極材料的主元素含量

富鋰錳基材料(簡稱Li-rich，OLO)是由美國阿貢實驗室 THACKERAY小組于2001年系統(tǒng)研究并申請專利的正極材料，是由Li2MnO3和LiMO2構成 的固溶體[8]。與NCM類似，由于其M的多變性和Li2MnO3、LiMO2兩種組成的變化(圖3)，導致其主元素含量無法準確定位，只能采用很寬的范圍 界定，從而也削弱了制定該標準的價值。該正極材料在實用性方面還面臨電性能不穩(wěn)定的挑戰(zhàn)，沒有真正的產(chǎn)品推向市場，因此標準制定有些過于前 瞻。

正極材料中，LiCoO2的純相比較容易制備，產(chǎn)品具有α-NaFeO2層狀結構，對應于美國粉末衍射標準聯(lián)合委員會Joint Committee on Power Diffraction Standards，簡稱JCPDS發(fā)布的50-0653#卡片;LiMn2O4的純相更容易得到，產(chǎn)品具有尖晶石立方結構，對應于JCPDS 35-0782# 卡片;LiFePO4因其Fe為+2價，必須在惰性氣氛中制備，產(chǎn)品具有橄欖石結構，對應于JCPDS 83-2092#卡片。LiNiO2純相很難制備且不穩(wěn)定: Ni2+較難氧化為Ni3+，Ni2+與Li+半徑接近，易發(fā)生陽離子混排，形成無電化學活性立方巖鹽相[Li+1-xNi2+x]3a[Ni3+1-xNi2+x]3b O2。盡 管如此，該材料也有其特征的JCPDS卡片，例如《鎳酸鋰》引用的16-0427#，《鎳鈷錳酸鋰》和《鎳鈷鋁酸鋰》引用的09-0063#。而經(jīng)過摻雜改 性形成的NC、NCM、NCA等相對穩(wěn)定的固溶體反而沒有一張專屬的JCPDS卡片，比較令人費解。

LiNi1/2Mn1/2O2 中 Mn 以 +4 價 存 在 ， Ni 以 +2 價 存 在 ， 是 個 穩(wěn) 定 的 固 溶 體 相 ， 在 空 氣 中 即 可 輕 松 制 備 [11] 。 以 LiCoO2 、 LiNiO2 和 LiNi1/2Mn1/2O2為基本組分可將NCM分為低鎳(Ni<50%，摩爾分數(shù))、中鎳(50%≤Ni≤65%)和高鎳(Ni>65%)等不同類型。低鎳-NCM材料特點是幾乎全部以空氣中 穩(wěn)定的LiNi1/2Mn1/2O2和LiCoO2形式存在，不含穩(wěn)定性差的LNO組分，或LNO僅占10%以下，可以在空氣中像LCO、LMO那樣容易制備;中鎳- NCM材料的特點是LNO組分有所增多，但仍處于50%以下，稍加控制還可在空氣中制備;高鎳-NCM材料的特點是LNO組分占絕大多數(shù)，必須在氧氣 條件下才可制備。NCA材料類似于高鎳-NCM。