介紹鋰電池幾種正極材料的優(yōu)缺點(diǎn)
來(lái)源:寶鄂實(shí)業(yè)
2021-05-15 16:33
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1、鈷鋰電池(LiCoO2)
在目前商業(yè)化的鋰離子電池中基本上選用層狀結(jié)構(gòu)的LiCoO2作為正極材料。其理論容量為274mAh/g,實(shí)際容量為140mAh/g左右,也有報(bào)道實(shí)際容量已達(dá)155mAh/g。該正極材料的主要優(yōu)點(diǎn)為:工作電壓較高(平均工作電壓為3.7V)、充放電電壓平穩(wěn),適合大電流充放電,比能量高、循環(huán)性能好,電導(dǎo)率高,生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、容易制備等。主要缺點(diǎn)為:價(jià)格昂貴,抗過(guò)充電性較差,循環(huán)性能有待進(jìn)一步提高。
2、鋰鈷鎳電池(LiNiO2)
用于鋰離子電池正極材料的LiNiO2具有與LiCoO2類(lèi)似的層狀結(jié)構(gòu)。其理論容量為274mAh/g,實(shí)際容量已達(dá)190mAh/g~210mAh/g。工作電壓范圍為2.5~4.2V。該正極材料的主要優(yōu)點(diǎn)為:自放電率低,無(wú)污染,與多種電解質(zhì)有著良好的相容性,與LiCoO2相比價(jià)格便宜等。但LiNiO2具有致命的缺點(diǎn):LiNiO2的制備條件非??量?,這給LiNiO2的商業(yè)化生產(chǎn)帶來(lái)相當(dāng)大的困難;LiNiO2的熱穩(wěn)定性差,在同等條件下與LiCoO2和LiMn2O4正極材料相比,LiNiO2的熱分解溫度最低(200℃左右),且放熱量最多,這對(duì)電池帶來(lái)很大的安全隱患;LiNiO2在充放電過(guò)程中容易發(fā)生結(jié)構(gòu)變化,使電池的循環(huán)性能變差。這些缺點(diǎn)使得LiNiO2作為鋰離子電池的正極材料還有一段相當(dāng)?shù)穆芬摺?/div>
3、鋰錳電池(LiMn2O4)
用于鋰離子電池正極材料的LiMn2O4具有尖晶石結(jié)構(gòu)。其理論容量為148 mAh/g,實(shí)際容量為90~120 mAh/g。工作電壓范圍為3~4V。該正極材料的主要優(yōu)點(diǎn)為:錳資源豐富、價(jià)格便宜,安全性高,比較容易制備。缺點(diǎn)是理論容量不高;材料在電解質(zhì)中會(huì)緩慢溶解,即與電解質(zhì)的相容性不太好;在深度充放電的過(guò)程中,材料容易發(fā)生晶格崎變,造成電池容量迅速衰減,特別是在較高溫度下使用時(shí)更是如此。為了克服以上缺點(diǎn),近年新發(fā)展起來(lái)了一種層狀結(jié)構(gòu)的三價(jià)錳氧化物L(fēng)iMnO2。該正極材料的理論容量為286 mAh/g,實(shí)際容量為已達(dá)200 mAh/g左右。工作電壓范圍為3~4.5V。雖然與尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn2O4相比,LiMnO2在理論容量和實(shí)際容量?jī)蓚€(gè)方面都有較大幅度的提高,但仍然存在充放電過(guò)程中結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性問(wèn)題。在充放電過(guò)程中晶體結(jié)構(gòu)在層狀結(jié)構(gòu)與尖晶石結(jié)構(gòu)之間反復(fù)變化,從而引起電極體積的反復(fù)膨脹和收縮,導(dǎo)致電池循環(huán)性能變壞。而且LiMnO2也存在較高工作溫度下的溶解問(wèn)題。解決這些問(wèn)題的辦法是對(duì)LiMnO2進(jìn)行摻雜和表面修飾。目前已經(jīng)取得可喜進(jìn)展。
4、磷酸鐵鋰電池(LiFePO4)
該材料具有橄欖石晶體結(jié)構(gòu),是近年來(lái)研究的熱門(mén)鋰離子電池正極材料之一。其理論容量為170 mAh/g,在沒(méi)有摻雜改性時(shí)其實(shí)際容量已高達(dá)110 mAh/g。通過(guò)對(duì)LiFePO4進(jìn)行表面修飾,其實(shí)際容量可高達(dá)165 mAh/g,已經(jīng)非常接近理論容量。工作電壓范圍為3.4V左右。與以上介紹的正極材料相比,LiFePO4具有高穩(wěn)定性、更安全可*、更環(huán)保并且價(jià)格低廉。LiFePO4的主要缺點(diǎn)是理論容量不高,室溫電導(dǎo)率低?;谝陨显颍琇iFePO4在大型鋰離子電池方面有非常好的應(yīng)用前景。但要在整個(gè)鋰離子電池領(lǐng)域顯示出強(qiáng)大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,LiFePO4卻面臨以下不利因素:(1)來(lái)自LiMn2O4、LiMnO2、LiNiMO2正極材料的低成本競(jìng)爭(zhēng);(2)在不同的應(yīng)用領(lǐng)域人們可能會(huì)優(yōu)先選擇更適合的特定電池材料;(3)LiFePO4的電池容量不高;(4)在高技術(shù)領(lǐng)域人們更關(guān)注的可能不是成本而是性能,如應(yīng)用于手機(jī)與筆記本電腦;(5)LiFePO4急需提高其在1C速度下深度放電時(shí)的導(dǎo)電能力,以此提高其比容量。(6)在安全性方面,LiCoO2代表著目前工業(yè)界的安全標(biāo)準(zhǔn),而且LiNiO2的安全性也已經(jīng)有了大幅度的提高,只有LiFePO4表現(xiàn)出更高的安全性能,尤其是在電動(dòng)汽車(chē)等方面的應(yīng)用,才能保證其在安全方面的充分競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
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