锂离子电池正极材料的主要特点

2019-01-08 6581 次浏览

近年来锂电池的发展速度很是迅猛，正极材料、负极材料、隔膜和电解液等组成了锂电池的主要部分，其中正极材料在锂电池的总成本中占据40%以上的比例。那么就有人问了，那到底锂离子电池正极材料是什么呢？它的主要特点及选用原则又有哪些呢？下面小编就来给大家具体说说。

锂离子电池正极材料的简介

锂离子电池正极材料是含有锂的过度金属氧化物，属于一类功能陶瓷材料。对于用于锂离子电池的材料来说，锂离子必须能够在晶体中自由的扩散，晶体结构决定了锂离子的移动维数。

目前正在使用和开发的锂电池正极材料中，以过渡金属氧化物所表现出的性能最佳，主要有：层状盐结构的钴酸锂、镍钴酸锂、镍锰酸锂和镍锰钴酸锂三元材料，尖晶石型的锰酸锂，橄榄石型的磷酸铁锂等锂锰氧化物。中国目前正极材料主要包括钴酸锂、三元材料、锰酸锂和磷酸铁锂。钴酸锂依然是国内小型锂电领域正极材料的主力，三元材料和锰酸锂主要在小型锂电中应用，在电动自行车和电动工具中也有部分使用;磷酸铁锂目前主要使用在电动工具盒电动汽车领域。

锂离子电池正极材料的主要特点：

1、钴酸锂

钴酸锂由于具有生产工艺简单和电化学性能稳定等优势，所以最先实现商品化。同时由于钴酸锂具有工作电压高、充放电电压平稳，适合大电流充放电，比能量高、循环性能好等优点，在需要小型充电电池的领域中具有重要应用。钴酸锂正极材料的缺点是价格昂贵，实际比容量仅为其理论容量的274mAh/g的50%左右;钴酸锂的循环寿命已达到1000次，但仍有待于进一步提高;此外钴酸锂的抗过充电性能较差，在较高充电电压下比容量迅速降低。目前中国的钴酸锂主要是中粒径为10-12微米的产品，各主要锂电正极材料企业也纷纷推出了中粒径在15-18微米的产品，预计钴酸锂会向高压实和高安全性的方向发展。

2、三元材料

近几年来层状嵌锂多元过渡金属复合型正极材料发展迅速，尤其是含有钴镍锰三种元素的新型过渡金属嵌锂氧化物复合材料。

3、锰酸锂

与钴酸锂和镍酸锂相比，锰酸锂具有安全性好、耐过充性好、原料锰的资源丰富、价格低廉及无毒性等优点，是很有发展前途的一种正极材料。层状锰酸锂用作锂离子电池正极材料的缺点是虽然容量很高，但在高温下不稳定，而且在充放电过程中易向尖晶石结构转变，导致容量衰减过快。锰酸锂在中国市场的使用还主要定位在小型电池领域，无法应用于高端领域，更不能完全取代钴酸锂材料在小型锂电的地位。经过多年的研究，锰酸锂材料的性能得到了较大的改善，2007-2008年，国内已有多数企业已经开始稳定批量地使用锰酸锂，锰酸锂主要与钴酸锂掺混使用于低端的钢壳电池上，或者单独用于动力电池。目前国内锰酸锂企业包括大型的正极材料生产企业都在积极的开发高温循环改善的锰酸锂材料。

4、磷酸铁锂

随着动力电池的发展，国内厂家大多倾向于采用磷酸铁锂材料。它是一类新型的锂离子电池用正极材料。该类材料具有高的能量密度、低廉的价格、优异的安全性等特点，特别适用于动力电池。它的出现是锂离子电池材料的一项重大突破，现已成为各国竞相研究的热点。目前磷酸铁锂被认为是最有发展前途的动力电池正极材料。目前国内实现磷酸铁锂批量生产的企业有60多家，年产能3800吨。由于磷酸铁锂生产技术门槛很高，大多数生产厂商在批量生产时产品的稳定性难以保证。它的缺点是电阻率较大，电极材料利用率低。因此研究工作主要集中在解决其导电率问题上。此外磷酸铁锂的专利问题也是其产业过程中的一个需要解决的问题。

锂离子电池正极材料的选用原则

作为锂离子电池正极材料，其必须具备一些必须的性质，主要具体表现为

（1）吉布斯自由能大，以提供高的电池电压

（2）相对分子质量小，且能容纳锂的量多，以提供高的电池容量；

（3）正极材料需具有大孔径隧道结构以利于锂离子的嵌入和脱出；

（4）正极材料具有极小的极性，以保证良好的可逆性，使可循环次数提高；

（5）同电解质有良好的热稳定性，以保证工作的安全；

（6）具有重量轻，易于制作适用的电极结构，以便提高锂离子电池的性能价格比；

（7）生产制造工艺简单，价格低廉，以扩大其应用范围。

锂电池正极材料新型干燥及煅烧技术

采用微波干燥新技术干燥锂电池正极材料，解决了常规锂电池正极材料干燥技术用时长，使资金周转较慢，并且干燥不均匀，以及干燥深度不够的问题，特点有：

1、采用锂电池正极材料微波干燥设备，快捷迅速，几分钟就能完成深度干燥，可使最终含水量达到千分之一以上