鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰和三元鋰電池正極材料的發(fā)展詳解
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2020-01-26 15:21
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1、鈷酸鋰正極材料的發(fā)展
鈷酸鋰由于具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單和電化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)，最先實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。并由于其具有放電電壓高、充放電電壓平穩(wěn)、比能量高等優(yōu)點(diǎn)，率先在電子消費(fèi)品鋰電池領(lǐng)域中大量應(yīng)用，并在消費(fèi)類電子產(chǎn)品市場(chǎng)中占有非常大的市場(chǎng)份額，其銷售量也隨電子消費(fèi)品的發(fā)展而快速增加。
但是，鈷酸鋰也存在著成本高、環(huán)境友好性差、比容量利用率低、循環(huán)性能低以及安全性能差等缺點(diǎn)，隨著充電電壓的提高，鈷酸鋰材料會(huì)逐漸出現(xiàn)不可逆結(jié)構(gòu)相變、表界面穩(wěn)定性下降、安全性能下降等問(wèn)題，限制了其實(shí)際應(yīng)用。
通常研究人員通過(guò)采用多種元素痕量摻雜的手段對(duì)鈷酸鋰材料進(jìn)行改性，以提升其在高電壓充放電過(guò)程中的穩(wěn)定性。因此，隨著技術(shù)的進(jìn)步，多元金屬鋰復(fù)合氧化物被開(kāi)發(fā)出來(lái)，并逐步在小型鋰電池正極材料中取代鈷酸鋰。
2、磷酸鐵鋰正極材料的發(fā)展
磷酸鋰具有良好的電化學(xué)性能和低電阻。主要優(yōu)點(diǎn)是高額定電流和長(zhǎng)循環(huán)壽命；良好的熱穩(wěn)定性，增強(qiáng)了安全性和對(duì)濫用的容忍度。如果長(zhǎng)時(shí)間保持在高電壓下，磷酸鋰對(duì)全部充電條件的耐受性更強(qiáng)，并且比其他鋰離子系統(tǒng)的應(yīng)力更小。
我國(guó)很多鋰電池廠商比較傾向于使用磷酸鐵鋰材料，被公認(rèn)為是最有發(fā)展前景的鋰電池正極材料。但是，室溫環(huán)境下磷酸鐵鋰的電導(dǎo)率較低，對(duì)材料的需求量大，且理論容量也沒(méi)有達(dá)到一定高度。同時(shí)，由于磷酸鐵鋰的生產(chǎn)技術(shù)要求較高，很難在批量生產(chǎn)時(shí)保證其穩(wěn)定性。
從理論的角度來(lái)說(shuō)，可以應(yīng)用于鋰電池的材料較多，但是目前市場(chǎng)上使用量較大，不同正極材料生產(chǎn)的鋰電池價(jià)格、安全性、結(jié)構(gòu)等都不同，而其中最為理想的是磷酸鐵鋰材料的鋰電池，不僅滿足人們使用鋰電池的需求，并且不會(huì)污染環(huán)境。
3、錳酸鋰正極材料的發(fā)展
與鈷酸鋰、鎳酸鋰等鋰電池正極材料相比，錳酸鋰的耐過(guò)充性、安全性都比較好，且錳原料豐富、無(wú)毒性、市場(chǎng)價(jià)格較低，是發(fā)展前景比較好的材料之一。
錳酸鋰作為鋰電池正極材料的主要優(yōu)點(diǎn)是錳原料豐富、安全性能高，并且價(jià)格較低，制備工藝比較簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是其理論容量較低，在電解質(zhì)中會(huì)隨著時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸溶解，也就是說(shuō)與電解質(zhì)之間缺少良好的相容性；如果鋰電池進(jìn)行深度的充電和放電，則材料會(huì)出現(xiàn)晶格崎變，導(dǎo)致電池容量迅速降低。
傳統(tǒng)認(rèn)為錳酸鋰能量密度低、循環(huán)性能差的缺點(diǎn)已經(jīng)有了很大改觀。表面修飾和摻雜能有效改性其電化學(xué)性能，表面修飾可有效地抑制錳的溶解和電解液分解。摻雜可有效抑制充放電過(guò)程中的效應(yīng)。將表面修飾與摻雜結(jié)合無(wú)疑能進(jìn)一步提高材料的電化學(xué)性能，相信會(huì)成為今后對(duì)尖晶石型錳酸鋰進(jìn)行改性研究的方向之一。
4、三元鋰電池正極材料的發(fā)展
三元材料是與鈷酸鋰結(jié)構(gòu)極為相似的鋰鎳鈷錳氧化物的俗稱，這種材料在比能量、循環(huán)性、安全性和成本方面可以進(jìn)行均衡和調(diào)控。
其具有容量更高、價(jià)格低廉、環(huán)境污染較小、安全性能較為穩(wěn)定，并且在高溫環(huán)境下穩(wěn)定性較高等優(yōu)勢(shì)，市場(chǎng)發(fā)展前景更為廣闊。
鈷酸鋰的價(jià)格較高，鋰電池的國(guó)際市場(chǎng)上對(duì)三元材料的需求大。三元材料中融合了錳酸鋰、鎳酸鋰和鈷酸鋰三種鋰電池正極材料的優(yōu)點(diǎn)，形成三相共熔體系，并且其綜合性能要優(yōu)于任何單一材料生產(chǎn)的鋰電池，存在三元協(xié)同作用的效果。
相比其它正極材料，三元材料擁有更高的體積能量密度，這對(duì)于電池的小型化有重要作用。目前三元材料已成為我國(guó)正極材料增速最快和占比最大的材料。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年全國(guó)正極材料出貨量中，三元材料13.7萬(wàn)噸、磷酸鐵鋰5.6萬(wàn)噸、鈷酸鋰5.4萬(wàn)噸、錳酸鋰2.5萬(wàn)噸。，三元材料在近幾年接替磷酸鐵鋰成為增速最快和出貨量占比最大的正極材料。
