介紹鋰離子電池正極材料
來源：寶鄂實業(yè)
2019-08-22 20:58
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鋰離子電池的正極材料是二次鋰電池的重要組成部分，它不僅作為電極材料參與電化學(xué)反應(yīng)，還要作為鋰離子源。在設(shè)計和選取鋰離子電池正極材料時，要綜合考慮比能量、循環(huán)性能、安全性、成本及其對環(huán)境的影響。
理想的鋰離子電池正極材料應(yīng)該滿足以下條件：
①比容量大：要求正極材料有低的相對分子質(zhì)量，且其宿主結(jié)構(gòu)中能插入大量的Li+；
②工作電壓高：要求體系放電反應(yīng)的Gibbs自由能負值要大；
③充放電的高倍率性能好：要求電極材料內(nèi)部和表面具有較高的擴散速率；
④安全性能好：要求材料具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性；
⑤容易制備，對環(huán)境友好，價格便宜。
鋰離子電池正極材料一般為含鋰的過渡金屬氧化物和聚陰離子化合物。因為過渡金屬往往有多種價態(tài)，可以保持鋰離子嵌入和脫出過程的電中性；另嵌鋰化合物具有相對于鋰的較高的電動勢，可以保證電池具有開路電壓。一般來說相對于鋰的電勢，過渡金屬氧化物大于過渡金屬硫化物。
在過渡金屬氧化物中，相對于鋰的電勢順序為：3d過度金屬氧化物>4d過度金屬氧化物>5d過度金屬氧化物；而在3d過度金屬氧化物中，尤以含Co、Ni、Mn元素的鋰金屬氧化物為主。
目前商品化的鋰電池正極材料普遍采用插鋰化合物，如LiCoO2，其理論比容量274mA·h·g-1，實際比容量146mA·h·g-1左右。Li(NiCoMn)O2三元材料，其理論比容量與LiCoO2相近，但實際比容量根據(jù)組分略有差異。
LiMn2O4材料理論比容量148mA·h·g-1，實際比容量115mA·h·g-1；LiFePO4材料理論比容量170mA·h·g-1，實際比容量可達150mA·h·g-1左右。
如今，正極材料的主要發(fā)展思路是在LiCoO2、LiMnO2、LiFePO4等材料的基礎(chǔ)上，發(fā)展相關(guān)的各類衍生材料，其中以三元材料NCM的應(yīng)用較為廣泛。
