市面上常見(jiàn)的鋰電池正極材料有哪些呢？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-10-20 12:18
點(diǎn)擊量：次
鋰離子電池正負(fù)材料
一。正極材料
首先，讓我們看看正極材料的選擇，主要基于以下因素：
1）高氧化還原電位，使鋰離子電池達(dá)到高輸出電壓。
2）鋰元素含量高，材料堆積密度高，使得鋰離子電池具有較高的能量密度。
3）化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，使鋰離子電池具有較長(zhǎng)的循環(huán)壽命；
4）導(dǎo)電率高，使鋰離子電池具有良好的充放電比性能；
5）化學(xué)和熱穩(wěn)定性好，不易分解和受熱，使鋰離子電池具有良好的安全性；
6）價(jià)格低，鋰離子電池成本低；
7）制造工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，便于大規(guī)模生產(chǎn)；
8）對(duì)環(huán)境污染小，易于回收利用。
目前，鋰離子電池的能量密度、充放電比、安全性等關(guān)鍵指標(biāo)主要由正極材料控制。
基于這些因素，通過(guò)工程研究和市場(chǎng)調(diào)研，市場(chǎng)上常見(jiàn)的陰極材料如下表所示：
第一代商用鋰離子電池是索尼于1990年推出市場(chǎng)的鋰離子電池，隨后被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)品中。隨著手機(jī)、筆記本電腦和平板電腦的大規(guī)模普及，鈷酸鋰一度占據(jù)鋰離子電池正極材料銷售的最大比重。但其固有的缺點(diǎn)是質(zhì)量低于容量（不等于能量密度），理論極限為274mah/g，考慮正結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，只能達(dá)到理論值的50%，即137mah/g。由于鈷元素在地球上的儲(chǔ)量相對(duì)較低，鈷酸鋰的成本也較高，很難在動(dòng)力電池領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，因此鈷酸鋰正極材料將逐漸被其他材料替代。
由于鈮酸鋰具有穩(wěn)定性、安全性、材料合成困難等缺點(diǎn)，其商業(yè)應(yīng)用較少，在市場(chǎng)上也很少見(jiàn)到，因此本文不作討論。
錳酸鋰是鋰離子電池的一個(gè)重要分支，主要應(yīng)用于動(dòng)力電池領(lǐng)域。例如，日產(chǎn)聆風(fēng)純電動(dòng)汽車采用了日本AESC的鋰離子錳酸鹽電池，早期雪佛蘭Volt也采用了韓國(guó)LG化學(xué)鋰離子錳酸鹽電池。錳酸鋰的突出優(yōu)點(diǎn)是成本低、低溫性能好、比容量低、限制在148mah/g、高溫性能差、循環(huán)壽命低。因此，錳酸鋰的發(fā)展存在明顯的瓶頸。近年來(lái)，改性錳酸鋰的主要研究方向是通過(guò)摻雜其他元素，改變其缺點(diǎn)。
鎳鈷鋁三元材料，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，其實(shí)算是一種改性的鎳酸鋰(LiNiO2)材料，在其中摻雜了一定比例的鈷和鋁元素(占比較少)。商業(yè)化應(yīng)用方面主要是日本的松下公司在做，其他鋰離子電池公司基本沒(méi)有研究這個(gè)材料。之所以拿來(lái)對(duì)比，是因?yàn)槎ΧΥ竺腡esla，就是使用松下公司的18650鎳鈷鋁三元電芯做電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池系統(tǒng)，并且做到了接近500公里的續(xù)航里程，說(shuō)明了這種正極材料，還是有其獨(dú)特的價(jià)值。
以上僅僅是比較常見(jiàn)的鋰離子電池正極材料，并不代表所有的技術(shù)路線。實(shí)際上，不管是高校和科研院所，還是企業(yè)，都在努力研究新型的鋰離子電池正極材料，希望把能量密度和壽命等關(guān)鍵指標(biāo)提升到更高的量級(jí)。當(dāng)然，如果要在2020年達(dá)到250Wh/kg，甚至300Wh/kg的能量密度指標(biāo)，現(xiàn)在商業(yè)化應(yīng)用的正極材料都無(wú)法實(shí)現(xiàn)，那么正極材料就需要比較大的技術(shù)變革，如改變層狀結(jié)構(gòu)為尖晶石結(jié)構(gòu)的固溶體類材料，以及有機(jī)化合物正極材料等，都是目前比較熱門的研究方向。
