1 對正極材料的基本要求

能夠得到廣泛應(yīng)用的正極材料，必須滿足下列要求。

第一，材料自身電位高，這樣才能與負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；同時帶電離子嵌入脫出對電極電位影響小，則充放電過程，不會有過大的電壓波動，不會給系統(tǒng)內(nèi)的其他電氣帶來不利影響。

第二，材料含鋰量高且鋰離子嵌入脫嵌可逆。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，鋰離子擴散系數(shù)大，鋰離子在材料內(nèi)部的移動更迅速，嵌入和脫嵌的能力強。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較短，則嵌入和脫嵌更容易。通道淺的同時，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，這點是出于安全性考慮。正極材料與電解液不容易發(fā)生反應(yīng)，以及在較高溫度下依然結(jié)構(gòu)穩(wěn)定并且仍然不易與電解液反應(yīng)。這樣的材質(zhì)，不會為電芯額外的熱積累提供熱量，可以減少電芯進入自生熱階段的概率。

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，是材料得到推廣應(yīng)用的有利條件。

2 什么決定了正極材料的安全性

首先，電芯設(shè)計中正極材料用量遠遠大于負極材料的容量，會提高熱失控風險。一般的正極材料，鋰離子含量都會大于負極材料離子容量，目的是提高電池的功率特性和循環(huán)性。但過多的鋰離子存儲于正極結(jié)構(gòu)中，當外部保護電路失靈，電池發(fā)生過充時，容易引發(fā)事故。過充，負極材料結(jié)構(gòu)中已經(jīng)充滿了鋰離子，再沒有位置容納更多。但正極中多余的鋰離子仍然會在外加電壓的驅(qū)使下，向負極聚集。造成大量鋰離子在負極表面沉積，形成鋰單質(zhì)結(jié)晶。活潑的鋰單質(zhì)遇到高溫會劇烈反應(yīng)；或者單質(zhì)量過大，則會刺穿隔膜，造成內(nèi)短路，給電池帶來燃爆風險。

其次，材料的熱穩(wěn)定溫度越高，說明材料的氧化能力越弱，材料越安全，如下面表格所示，自上而下，越來越安全。正極材料長期浸泡在電解液中，表面的保護膜并不能像負極一樣，起到很好的保護作用。因此，確保正極材料與電解液不發(fā)生反應(yīng)的因素主要依靠正極材料自身的熱穩(wěn)定性和與電解液的相容性。