正極材料的水分含量

正極材料的水分含量與其比表面積、顆粒大小及分布、表面孔隙度、表面包覆物等密切相關(guān)。水分含量對(duì)電池制漿影響很大。通常正極漿料大多采用 聚偏氟乙烯(PVDF)作黏結(jié)劑，N-甲基吡咯烷酮(NMP)為溶劑，在此有機(jī)體系中大分子量的PVDF并非完全溶解，而是溶膠的形式存在。當(dāng)正極材料 的水分、殘堿較高時(shí)，有機(jī)溶膠體系被破壞，PVDF將會(huì)從NMP中析出，使?jié){料發(fā)生黏度劇增，甚至出現(xiàn)果凍現(xiàn)象。

2.9 正極材料的雜質(zhì)元素含量

除了特意引入的摻雜元素，正極材料的雜質(zhì)元素越低越好。雜質(zhì)元素一般是通過(guò)原料和生產(chǎn)過(guò)程引入的，需要在源頭加以控制。最常見(jiàn)的雜質(zhì)元素是 Na、Ca、Fe、Cu，Na在前驅(qū)體和鋰鹽中含量都較高，Ca主要是鋰鹽引入的。磷酸鐵鋰本身Fe是主元素，又新引入了可溶解Fe2+的要求，但該指 標(biāo)過(guò)于寬松(≤0.2%)，效果待考?？紤]到NCM、NCA、OLO、動(dòng)力型LMO都需要從前驅(qū)體做起，而前驅(qū)體大多用硫酸鹽和氯化物等可溶鹽原料，在 沉淀過(guò)程中易夾生帶入結(jié)晶。因此，這些標(biāo)準(zhǔn)加強(qiáng)了對(duì)、Cl-的控制要求。

2.10 正極材料的比容量、首次效率、電壓平臺(tái)要求

LCO具有α-NaFeO2層狀結(jié)構(gòu)，理論比容量 274 mA ?h/g，通常充電到4.2 V，僅有56%的Li脫出，充放電的可逆性好，所以首次充放電效率最高， 達(dá)到95%以上。高電壓LCO將充電電壓提高到4.5 V，使更多的Li脫嵌參與電化學(xué)反應(yīng)，比容量也提升到180 mA ?h/g以上?？梢?jiàn)，抬高電壓是提 高電池能量密度的有效方案之一，前提是配套電解液在此高電壓窗口下穩(wěn)定。平臺(tái)容量比率是由于歷史原因形成的指標(biāo):早期國(guó)內(nèi)大多電器要求電池 電壓高于3.6 V以上才能正常工作，低于這個(gè)電壓就會(huì)關(guān)機(jī)或提示電壓低。LCO的平臺(tái)容量比率就是電池放電至3.6 V容量，與放電到2.75 V總?cè)萘?的百分比。LCO因本身的放電電壓平臺(tái)較高，故平臺(tái)容量比率在80%以上。

2.11 正極材料的倍率特性

用于電子煙、電動(dòng)工具、航模、無(wú)人機(jī)、汽車(chē) 啟動(dòng)電源的鋰離子電池，對(duì)電池和材料倍率性能需求很高，要求能夠?qū)崿F(xiàn)5 C、10 C，甚至30 C充 放 電。

正極材料的倍率特性與其顆粒度大小、結(jié)晶度、Co含量高低、C包覆量多少等因素相關(guān)。高倍率型鈷酸鋰可以實(shí)現(xiàn)10 C放電，且10 C/1 C的倍率達(dá) 到90%以上。

GB/T 30835—2014《鋰離子電池用炭復(fù)合磷酸鐵鋰》倍率標(biāo)準(zhǔn)有些牽強(qiáng)，1 C倍率太低，幾種型號(hào)的指標(biāo)拉不開(kāi)差距，能量型I的電導(dǎo)率和倍率竟 然優(yōu)于功率型III，容易引起誤導(dǎo)，建議下一次修訂時(shí)簡(jiǎn)化分類(lèi)。

2.12 正極材料的循環(huán)壽命

用于電動(dòng)車(chē)的鋰離子電池，期望能夠?qū)崿F(xiàn)2000次以上循環(huán)壽命。電動(dòng)車(chē)一般都是短途使用，假如按2天充一次電計(jì)，2000次的循環(huán)壽命可以支撐純 電動(dòng)車(chē)上路近11年。若按Tesla的Modal S攜帶60 kW ?h電、續(xù)航390 km計(jì)，每天50 km短途使用， 1周才充一次電，1000次的循環(huán)壽命就可滿(mǎn) 足其19年車(chē)齡。智能手機(jī)功能日漸強(qiáng)大，除了早期普通手機(jī)必備的電話(huà)、短信基本功能外，現(xiàn)有又具備了拍照、上網(wǎng)、微信、網(wǎng)購(gòu)、辦公、游戲等諸 多功能，顯示屏越來(lái)越大、機(jī)身越來(lái)越輕薄，對(duì)電池的能量密度要求也越來(lái)越高，同時(shí)循環(huán)壽命要達(dá)到500次以上，以支撐手機(jī)使用2年以上。

正極材料的循環(huán)壽命與其晶體結(jié)構(gòu)、充放電深度、制備工藝等因素相關(guān)。磷酸鐵鋰材料具有穩(wěn)定的橄欖石結(jié)構(gòu)，理論上可以允許結(jié)構(gòu)中的鋰全部脫 出，充放電可逆性好，因此表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能。車(chē)用鋰離子電池在實(shí)際路況條件下，受電池自身及環(huán)境的影響，溫度會(huì)升高到50 °C以上，因此 還需要關(guān)注高溫循環(huán)和高溫存儲(chǔ)性能。錳酸鋰在高溫條件下，易發(fā)生Jahn-Teller效應(yīng)，引發(fā)Mn溶解和晶體結(jié)構(gòu)崩塌。因此YS/T 677—2016《錳 酸鋰》標(biāo)準(zhǔn)中，動(dòng)力型產(chǎn)品設(shè)置了55 °C高溫循環(huán)指標(biāo)要求。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)在鋰離子電池正極材料領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)制、修訂工作非?；钴S，標(biāo)準(zhǔn)明確了專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)，涵蓋了大多數(shù)關(guān)鍵性能指標(biāo)，取得了不錯(cuò)的行業(yè)引 領(lǐng)效果，同時(shí)也存在一些問(wèn)題。某些標(biāo)準(zhǔn)的分類(lèi)不夠細(xì)，有些測(cè)試項(xiàng)目設(shè)置又時(shí)過(guò)境遷、未能及時(shí)調(diào)整，還有些指標(biāo)要求過(guò)于寬松、約束力差。

近年來(lái)，鋰離子電池行業(yè)呈現(xiàn)穩(wěn)步快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，正極材料迎來(lái)了前所未有的機(jī)遇，各種新材料紛紛涌現(xiàn)，這就要求國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不斷推陳出 新。建議各級(jí)政府部門(mén)應(yīng)將標(biāo)準(zhǔn)研究列入科技計(jì)劃，給予科研經(jīng)費(fèi)支持，引導(dǎo)領(lǐng)先企業(yè)投入人力、物力進(jìn)行前瞻性研究和布局，條件成熟適時(shí)推出新 標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，今后新標(biāo)準(zhǔn)的制定或現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)，應(yīng)成立專(zhuān)項(xiàng)小組，由領(lǐng)先企業(yè)牽頭起草，與國(guó)外鋰離子電池及其材料龍頭公司的先進(jìn)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接 軌，提高標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)性、適用性和可執(zhí)行性，使更多的標(biāo)準(zhǔn)由推薦轉(zhuǎn)為強(qiáng)制，從而提高我國(guó)電池及正極材料在國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)鋰離子電池產(chǎn) 業(yè)鏈健康、可持續(xù)發(fā)展。