钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂和三元锂电池正极材料的发展

钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂和三元锂电池正极材料的发展。正极材料是决定锂离子电池性能的关键材料之一，也是目前商业化锂离子电池中主要的锂离子来源，其性能和价格对锂离子电池的影响较大。目前研制成功并得到应用的正极材料主要有钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、三元材料镍钴锰酸锂和镍钴铝酸锂等。

钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂和三元锂电池正极材料的发展

1、钴酸锂正极材料的发展

钴酸锂由于具有生产工艺简单和电化学性能稳定等优势，最先实现商业化。并由于其具有放电电压高、充放电电压平稳、比能量高等优点，率先在电子消费品锂电池领域中大量应用，并在消费类电子产品市场中占有非常大的市场份额，其销售量也随电子消费品的发展而快速增加。

但是，钴酸锂也存在着成本高、环境友好性差、比容量利用率低、循环性能低以及安全性能差等缺点，随着充电电压的提高，钴酸锂材料会逐渐出现不可逆结构相变、表界面稳定性下降、安全性能下降等问题，限制了其实际应用。

通常研究人员通过采用多种元素痕量掺杂的手段对钴酸锂材料进行改性，以提升其在高电压充放电过程中的稳定性。因此，随着技术的进步，多元金属锂复合氧化物被开发出来，并逐步在小型锂电池正极材料中取代钴酸锂。

2、磷酸铁锂正极材料的发展

磷酸锂具有良好的电化学性能和低电阻。主要优点是高额定电流和长循环寿命；良好的热稳定性，增强了安全性和对滥用的容忍度。如果长时间保持在高电压下，磷酸锂对全部充电条件的耐受性更强，并且比其他锂离子系统的应力更小。

我国很多锂电池厂商比较倾向于使用磷酸铁锂材料，被公认为是最有发展前景的锂电池正极材料。但是，室温环境下磷酸铁锂的电导率较低，对材料的需求量大，且理论容量也没有达到一定高度。同时，由于磷酸铁锂的生产技术要求较高，很难在批量生产时保证其稳定性。

从理论的角度来说，可以应用于锂电池的材料较多，但是目前市场上使用量较大，不同正极材料生产的锂电池价格、安全性、结构等都不同，而其中最为理想的是磷酸铁锂材料的锂电池，不仅满足人们使用锂电池的需求，并且不会污染环境。

3、锰酸锂正极材料的发展

与钴酸锂、镍酸锂等锂电池正极材料相比，锰酸锂的耐过充性、安全性都比较好，且锰原料丰富、无毒性、市场价格较低，是发展前景比较好的材料之一。

锰酸锂作为锂电池正极材料的主要优点是锰原料丰富、安全性能高，并且价格较低，制备工艺比较简单。缺点是其理论容量较低，在电解质中会随着时间延长而逐渐溶解，也就是说与电解质之间缺少良好的相容性；如果锂电池进行深度的充电和放电，则材料会出现晶格崎变，导致电池容量迅速降低。

传统认为锰酸锂能量密度低、循环性能差的缺点已经有了很大改观。表面修饰和掺杂能有效改性其电化学性能，表面修饰可有效地抑制锰的溶解和电解液分解。掺杂可有效抑制充放电过程中的效应。将表面修饰与掺杂结合无疑能进一步提高材料的电化学性能，相信会成为今后对尖晶石型锰酸锂进行改性研究的方向之一。

4、三元锂电池正极材料的发展

三元材料是与钴酸锂结构极为相似的锂镍钴锰氧化物的俗称，这种材料在比能量、循环性、安全性和成本方面可以进行均衡和调控。

其具有容量更高、价格低廉、环境污染较小、安全性能较为稳定，并且在高温环境下稳定性较高等优势，市场发展前景更为广阔。

钴酸锂的价格较高，锂电池的国际市场上对三元材料的需求大。三元材料中融合了锰酸锂、镍酸锂和钴酸锂三种锂电池正极材料的优点，形成三相共熔体系，并且其综合性能要优于任何单一材料生产的锂电池，存在三元协同作用的效果。

相比其它正极材料，三元材料拥有更高的体积能量密度，这对于电池的小型化有重要作用。目前三元材料已成为我国正极材料增速最快和占比最大的材料。

据统计，2018年全国正极材料出货量中，三元材料13.7万吨、磷酸铁锂5.6万吨、钴酸锂5.4万吨、锰酸锂2.5万吨。，三元材料在近几年接替磷酸铁锂成为增速最快和出货量占比最大的正极材料。

目前整个正极材料行业处于供过于求的现状，预期在未来几年内这一现象仍然持续。未来哪种材料的技术难关率先被克服而实现大规模量产，哪种材料便能率先占领市场。