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锂离子电池正极材料有哪些?

2021-11-24 05:56:57

正极材料是决定锂离子电池性能的关键材料之一,正极材料也是目前商业化锂离子电池中主要的锂离子来源,其性能和价袼对锂离子电池的影响较大。那目前市场上锂离子电池正极材料主要有哪些呢?


锂离子电池正极材料有哪些?


1、钴酸锂


目前应用最广泛的锂离子电池正极材料,具有开路电压高、比能量大、循环寿命长等特点;生产的锂离子电池重要用于通讯数码类电池领域。钴价格昂贵,钴酸锂的毒性较大。目前技术上,容量已几乎发挥到极限。受资源等制约,有被替代之势。


钴酸锂仍是小型锂电池的最佳选择。目前在3C锂电池中,大多数仍使用钴酸锂而并非比容量更高的三元材料,原因是钴酸锂材料的压实密度大于三元材料,即单位体积内能容纳的钴酸锂量更多。在更为重视体积密度的小型电池中,钴酸锂占有着一席之地。


钴酸锂理论容量高,但实际容量却只有理论的一半。原因是在充电过程中锂离子要从钴酸锂材料中脱出,但脱出量小于50%时,材料的形态和晶型可以保持稳定。随着锂离子脱出量增大至50%时,钴酸锂材料将发生相变,如果此时继续充电,钴将溶解在电解液中并产生氧气,严重影响电池循环稳定性和安全性能,因此一般的钴酸锂充电截止电压为4.2V。


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2、磷酸铁锂


磷酸铁锂是目前广受关注的最具潜力的锂离子电池正极材料之一,理论容量相对较高,价格低、热稳定性好、无污染,优良的充放电循环性能。目前只有少数厂家掌握制备技术;重要用于动力锂电池领域。由于导电性能较差,需参杂其他材料,振实密度低,比容量相对较小,在小电池领域,同样尺寸电池只有现有电池容量的一半不到。工艺极特殊,制造难度大。配套电解液研发稍落后。对工艺要求极严,因动力锂电池一般由多个电池串并后组成,故对单个电池的一致性要求极高。


磷酸铁锂的缺点也较为明显,即能量密度低。原因有两点:


一是磷酸铁锂材料的电压仅有3.3V左右,低于其他正极材料,这使得磷酸铁锂电池储存能量较低;二是磷酸铁锂导电性较差,需要纳米化并进行包覆才能获得良好的电化学性能,这使得材料变得蓬松,压实密度较低。两者综合作用,使得磷酸铁锂电池的能量密度低于钴酸锂和三元电池。因此磷酸铁锂电池主要应用于电动大巴车及少量乘用车中。


磷酸铁是否近期将被淘汰?近期新能源汽车安全事故频发,被认为将很快被三元材料取代的磷酸铁锂再次进入人们的视野,人们希望通过对磷酸铁锂进行改性提高其容量。目前已有学者通过在磷酸铁锂中掺入Mn元素使其拥有更高的电压和更高的能量密度,也有相关研究通过复合技术将磷酸铁锂与NCM三元材料进行混合,在保持三元素电池较高能量密度的同时可以有效提升其安全性能。


3、镍酸锂:合成困难,目前量极少。


4、锰酸锂:研究已相对成熟,成本低,无污染,制备容易,安全性能好,理论容量低、循环性能较差,受电池体积小型化趋势的制约,重要用于动力锂电池、低成本电池领域。


5、镍钴锰酸锂(三元):电化学容量高、循环性能好、成本低、具有三元协同效应;重要用于通讯数码类成本相对较低的锂离子电池领域。目前生产工艺相对成熟。


以上就是市场上目前常用的锂离子电池正极材料了,通过以上介绍相信大家对锂离子电池正极材料有哪些及正极材料的优缺点应该有所了解了。

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