正極材料對(duì)鐵鋰電池性能有什么影響

來(lái)源：存能電氣  日期：2019-05-14 09:28  瀏覽量：次

　　正極材料對(duì)鐵鋰電池性能有什么影響？鐵鋰電池正極材料的熱穩(wěn)定溫度越高，說(shuō)明材料的氧化能力越弱，材料越安全。目前已經(jīng)市場(chǎng)化的鋰電池正極材料包括鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料等產(chǎn)品。鋰電池正極材料具有廣闊的市場(chǎng)，前景十分樂(lè)觀。

　　正極材料對(duì)鐵鋰電池性能有什么影響？

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　　每種正極材料都有其理論能量密度，選擇了一種正極材料，就選擇了電芯能量密度的上限。正極材料的用量設(shè)計(jì)和加工制作過(guò)程中的振實(shí)密度也對(duì)電芯成品的能量密度產(chǎn)生影響。

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　　不同的正極材料種類，決定了電池充放電功率的大體范圍。材料的一些細(xì)節(jié)，作為輔助因素，也會(huì)對(duì)功率特性造成影響。比如，正極材料的晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，顆粒尺寸，摻雜原子，碳包覆工藝，材料的制備方法等。以上因素最終都是通過(guò)影響正極材料容納鋰離子的能力和脫嵌嵌入通道的通暢性來(lái)影響鋰電池的功率密度。

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　　影響電芯循環(huán)壽命的因素很多，與正極材料相關(guān)的，主要有正極材料活性物質(zhì)在循環(huán)使用中的損耗，以及充放電過(guò)程中，材料結(jié)構(gòu)的崩壞引發(fā)的正極容納鋰離子能力的衰減。而正極材料中的雜質(zhì)成分，比如單質(zhì)鐵和三價(jià)鐵，都會(huì)與電解液相互作用，產(chǎn)生不良副反應(yīng)，或者造成內(nèi)部微短路。

　　鋰電池正極材料有哪些？

　　●鈷酸鋰(LCO)：適合小型電池，實(shí)際容量不高

　　鈷酸鋰是第一代商業(yè)化正極材料，在幾十年的發(fā)展中逐漸改性和提高，可以認(rèn)為是最成熟的鐵鋰電池正極材料。鈷酸鋰具有放電平臺(tái)高、比容量較高、循環(huán)性能好、合成工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。但該材料含鈷較多，成本較高。

　　目前在3C電子電池中，大多數(shù)仍使用鈷酸鋰而并非比容量更高的三元材料，原因是鈷酸鋰材料的壓實(shí)密度大于三元材料，即單位體積內(nèi)能容納的鈷酸鋰量更多。在更為重視體積密度的小型電池中，鈷酸鋰占有著一席之地。

　　●磷酸鐵鋰(LFP):能量密度低，安全性突出

　　磷酸鐵鋰電池是目前廣受關(guān)注的正極材料之一，理論比容量為170mAh/g,實(shí)際比容量可達(dá)150mAh/g以上。其主要特點(diǎn)是成本低廉，安全性非常好，循環(huán)壽命高，這些特點(diǎn)使得磷酸鐵鋰材料迅速成為研究熱點(diǎn)，磷酸鐵鋰電池也在電動(dòng)汽車領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用。

　　●三元材料(NCM、NCA)

　　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(LiNixCoyMn1-x-y02)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。

　　鎳鈷錳三種元素的不同配置將為材料帶來(lái)不同的性能：鎳含量增加將增加材料的容量，但會(huì)使循環(huán)性能變差;鈷的存在可使材料結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，但含量過(guò)高會(huì)使容量降低;錳的存在可以降低成本并改善安全性能，但含量過(guò)高則會(huì)破壞材料的層狀結(jié)構(gòu)，因此找到三種材料的比例關(guān)系以達(dá)到綜合性能最優(yōu)化，是三元鋰電池材料研發(fā)的重點(diǎn)。

　　正極材料對(duì)鋰電有多重要?

　　鋰離電池主要由正極材料、負(fù)極材料、隔膜和電解液等構(gòu)成，正極材料在鋰電池的總成本中占據(jù)較高的比例，并且正極材料的性能直接影響了鋰電池的各項(xiàng)性能指標(biāo)，所以鋰電正極材料在鋰電池中的作用不言而喻。

　　一般來(lái)說(shuō)，在鋰離子電池產(chǎn)品組成成分中，正極材料占據(jù)著最重要的地位，正極材料的好壞，直接決定了最終鐵鋰電池電池產(chǎn)品的性能指標(biāo)。而正極材料在電池成本中所占比例高達(dá)40%左右。鋰離子電池正極材料已成為制約我國(guó)高性能鋰離子電池發(fā)展的瓶頸。另外，在正極材料研究方面所取得的進(jìn)展，也展示出鋰離子電池正極材料發(fā)展的廣闊前景。

　　未來(lái)，磷酸鐵鋰電池將成為正極材料的首選。因而對(duì)于鋰電池正極材料的研究是提高電池電化學(xué)性能的一個(gè)很重要的方面！