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鋰離子電池正極材料有什么?鋰離子電池對正極材料的基本要求是什么?

鉅大LARGE  |  點擊量:202次  |  2021年03月01日  

摘要
鋰電池正極材料有哪些?正極材料的性能是制約鋰電池容量的重要因素。常見的正極材料有:鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料等?! ?、鈷酸鋰:首個成功商業化的鋰離子電池正極材料。由于有鈷資源相對貧乏、價格較

鋰離子電池正極材料有什么?正極材料的性能是制約鋰離子電池容量的重要因素。常見的正極材料有:鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料等。


1、鈷酸鋰:首個成功商業化的鋰離子電池正極材料。由于有鈷資源相對貧乏、價格較高、對環境有毒性等缺點,再加上該材料安全性能較差、容量相對較低,大大限制了其廣泛的應用和長遠的發展。目前鈷酸鋰材料電池重要用于數碼電池中。


2、錳酸鋰:重要為尖晶石型錳酸鋰。相較鈷酸鋰,具有資源豐富、價格便宜、對環境污染小且安全性能優良等特點。但尖晶石的結構很難保持完整性,循環性較差,高溫循環中錳在電解液中的溶解和Jahn-Teller效應也導致材料的容量衰減嚴重。


3、磷酸鐵鋰:原料豐富、價格相比其他材料來比較低廉、對環境友好,加上較好的循環性能和高安全性使得其率先在電動汽車上得到了應用。但是磷酸鐵鋰材料的導電性較差,振實密度較低,導致體積能量密度較低,限制了其進一步的應用。


4、三元材料:受鈷酸鋰的金屬元素摻雜改性的啟發,多元金屬復合氧化物---三元材料LiNi1-x-yCoxNyO2(N=Mn、Al)得到快速發展。三元材料結合了鈷酸鋰、鎳酸鋰和錳酸鋰(鋁酸鋰)的優點,形成了三元共溶體,可以充分發揮三個組元的用途。理論容量較高,具有較為均衡的性質,在動力型電池市場中占據了重要的地位。

鋰離子電池對正極材料的基本要求


第一,材料自身電位高,這樣才能與負極材料之間形成較大的電位差,帶來能量密度高的電芯設計;同時帶電離子嵌入脫出對電極電位影響小,則充放電過程,不會有過大的電壓波動,不會給系統內的其他電氣帶來不利影響。


第二,材料含鋰量高且鋰離子電池嵌入脫嵌可逆。這是高容量的前提。有些正極材料,理論容量很高,但是有一半的鋰離子,第一次嵌入以后就失去了活性。這樣的材料,是無法投入商用的。


第三,鋰離子擴散系數大,鋰離子在材料內部的移動更迅速,嵌入和脫嵌的能力強。是影響電芯內阻的因素,也是影響功率特性的因素。


第四,材料比表面積大,有大量的嵌鋰位置。表面積大,鋰離子的嵌入通道相對較短,則嵌入和脫嵌更容易。通道淺的同時,嵌鋰位置還要充足。


第五,與電解液的相容性和熱穩定性好,這點是出于安全性考慮。


第六,材料易得,且加工性能好。成本低,材料容易加工成電極,且電極結構穩定,是鋰離子電池正極材料得到推廣應用的有利條件。


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