锂電池正極材料有哪些
自锂電池被發明以來，由于其作爲新能源儲能電源的理想電池，一直爲電池行業研究的重點，發展到如今，锂電池正極材料有哪些呢？主要有LCo（钴酸锂）、LMO（錳酸锂）、NCM（三元系）、NCA（二元系）、LFP（磷酸鐵锂）。下面就介紹一下它們各自的特性：
1、锂電池正极材料：LCo（钻酸锂）
（1）钴酸锂的優勢：
1）電化學性能優越：每循環一周期容量平均衰減<0.05%，首次放電比容量>135mAh/g，
3.6V初次放電平台比率>85%。
2）加工性能優異。
3）振實密度大，有助于提高電池體積比容量。
4）産品性能穩定，一致性好。
5）工作電壓高、放電平穩、比能量高、循環性能好等優點。
6）適合大流量放電和锂離子的嵌入和脫出，在锂離子電池中得到率先使用。
（2）钴酸锂的缺點：
1）LiCo02的實際容量約爲140mA穐/g，只有理論容量（274mA穐/g）的約50%。
2）且在反複的充放電過程中，因锂離子的反複嵌入和脫出，使活性物質的結構在多次收縮和膨脹後發生改變，導致LiCo02內阻增大，容量減小。
2、锂電池正极材料：LMO（锰酸锂）
用于锂離子電池正極材料的LiMn204具有尖晶石結構。其理論容量爲148mAh/g，實際容量爲90~
120mAh/g。工作电压范围为3~4V。该正极材料的主要优点为：锰资源丰富、价格便宜，安全性高，比较容易制备。缺点是理论容量不高；材料在电解质中会缓慢溶解，即与电解质的相容性不太好；在深度充放电的过程中，材料容易发生晶格崎变，造成电池容量迅速衰减，特别是在较高温度下使用时更是如此。为了克服以上缺点，近年新发展起来了一种层状结构的三价锰氧化物LiMnO2。该正极材料的理论容量为286 mAh/g，实际容量为已达200mAh/g左右。工作电压范围为3~4.5V。虽然与尖晶石结构的LiMn204相比，LiMnO2在理论容量和实际容量两个方面都有较大幅度的提高，但仍然存在充放电过程中结构不稳定性问题。在充放电过程中晶体结构在层状结构与尖晶石结构之间反复变化，从而引起电极体积的反复膨胀和收缩，导致电池循环性能变坏。而且LiMnO2也存在较高工作温度下的溶解问题。解决这些问题的办法是对LiMnO2进行掺杂和表面修饰。
3、锂電池正极材料：NCM（三元系）
NCM是指正極材料由鎳鑽錳三種材料由一定比例組合而成，每個字母對應的都是相關元素的化學首字母。一個基礎事實是，隨著鎳元素含量的升高，三元正極材料的比容量逐漸升高，電芯的能量密度也會隨之提高。因此，在NCM電池中，按照三者含量不同，NCM材料可分爲NCM111、NCM523、NCM622、NCM811等，其中後面的數字代表的就是三者的比例。在對續航裏程要求越來越高的需求下，電池的比能量需要更高，再加上作爲稀有金屬的鑽價格不斷上漲之下，高鎳體系的NCM811將成爲未來重要的發展方向。
NCM優點：比容量高、循環壽命長、安全性能好、價格低廉
NCM缺點：
1.材料的首次充放電效率低.
2.锂層中陽離子的混排，對材料的首次充放電效率及循環穩定性都有影響.
3.材料的放電電壓平台較LiCo0。低，有待提高.
離子摻雜改性
锂離子電池的輸出功率與材料中的電子電導及锂離子的離子電導都有直接關系，所以以不同手段提高電子電導及離子電導是提高材料的關鍵。
陽離子等價態摻雜：等價態摻雜後不會改變原來材料中原子的化合價，但是一般可以穩定材料結構，擴展離子通道，提高材料的離子電導率。
陽離子不等價態摻雜：摻雜價態更低的離子會導致過度元素的價態升高，即産生空穴，改變材料的能帶結構，大幅提高材料的電子電導。
陰離子摻雜技術：陰離子摻雜多見于F-取代02，通過氟離子體相摻雜可以使材料的結晶度更好，從而增加材料的穩定性。
表面包覆改性
用金屬氧化物（A13O3，ZnO，ZrO，等）修飾三元材料表面，使材料與電解液機械分開，減少材料與電解液副反應，抑制金屬離子的溶解，優化材料的循環性能。
同時表面包覆還可以減少材料在反複充放電過程中材料結構的坍塌，對材料的循環性能是有益的。
4、锂電池正极材料：NCA（二元系）
由于NCA材料的技術壁壘高，目前産能主要集中在日韓，我國量産較少。主要供應商有住友金屬（Sumitomo）、日本化學産業株式會社和戶田化學（Toda），韓國的Ecopro和GSEM也有少量産品銷售。
NCA電池在中國還未能大量生産，主要的難點在于：
（1）高鎳材料荷電狀態下的熱穩定性較差，導致電池的安全性下降，使得電池生産企業和終端産品用戶對NCA電池的安全性心存顧慮，需要從電芯設計、電源系統設計、電源使用等環節進行系統可靠的安全設計。
（2）充放電過程存在嚴重的産氣，這會導致電池鼓脹變形，循環及擱置壽命下降，電池存在安全隱患，所以通常采用耐壓的圓柱電池殼制作NCA電池，降低了産氣量以控制電池鼓脹變形問題。
（3）NCA要求在電池生産全過程均要控制濕度在10%以下，而其他材料目前只需注液工序對濕度進行嚴格控制。這對國內企業形成了很大的挑戰。
5、锂電池正极材料：LFP（磷酸铁锂）
LFP有如下優點：
（1）氧離子與P5+通過強的共價鍵結合形成（PO）43+，即便是在全充態，O原子也很難脫出，提高了材料的穩定性和安全性；
（2）LFP在小電流充放電下實際比容量可以達到140mAh.g–1以上，並且結構不被破壞，與LiCoO2的比容量相當；
（3）安全性能好；
（4）循環性能好（在100%DOD條件下，可以充放電2000次以上）；
（5）耐過充性能好，有利于電池組合使用；
（6）原料來源豐富、價廉；
（7）環境友好，不含任何對人體有害的重金屬元素；
（8）熱穩定性好；
磷酸鐵锂的缺點：
（1）電子導電率低
（2）離子擴散系數低
（3）振實密度不高
（4）合成成本略高
上一篇: 耐低溫電池性能比较
粵ICP備11041765號-6