鉅大LARGE | 點擊量：6661次 | 2019年01月08日
鋰離子電池正極材料的主要特點
近年來鋰電池的發展速度很是迅猛，正極材料、負極材料、隔膜和電解液等組成了鋰電池的主要部分，其中正極材料在鋰電池的總成本中占據40%以上的比例。那么就有人問了，那到底鋰離子電池正極材料是什么呢？它的主要特點及選用原則又有哪些呢？下面小編就來給大家具體說說。
鋰離子電池正極材料的簡介
鋰離子電池正極材料是含有鋰的過度金屬氧化物，屬于一類功能陶瓷材料。對于用于鋰離子電池的材料來說，鋰離子必須能夠在晶體中自由的擴散，晶體結構決定了鋰離子的移動維數。
目前正在使用和開發的鋰電池正極材料中，以過渡金屬氧化物所表現出的性能最佳，主要有：層狀鹽結構的鈷酸鋰、鎳鈷酸鋰、鎳錳酸鋰和鎳錳鈷酸鋰三元材料，尖晶石型的錳酸鋰，橄欖石型的磷酸鐵鋰等鋰錳氧化物。中國目前正極材料主要包括鈷酸鋰、三元材料、錳酸鋰和磷酸鐵鋰。鈷酸鋰依然是國內小型鋰電領域正極材料的主力，三元材料和錳酸鋰主要在小型鋰電中應用，在電動自行車和電動工具中也有部分使用;磷酸鐵鋰目前主要使用在電動工具盒電動汽車領域。
鋰離子電池正極材料的主要特點：
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
1、鈷酸鋰
鈷酸鋰由于具有生產工藝簡單和電化學性能穩定等優勢，所以最先實現商品化。同時由于鈷酸鋰具有工作電壓高、充放電電壓平穩，適合大電流充放電，比能量高、循環性能好等優點，在需要小型充電電池的領域中具有重要應用。鈷酸鋰正極材料的缺點是價格昂貴，實際比容量僅為其理論容量的274mAh/g的50%左右;鈷酸鋰的循環壽命已達到1000次，但仍有待于進一步提高;此外鈷酸鋰的抗過充電性能較差，在較高充電電壓下比容量迅速降低。目前中國的鈷酸鋰主要是中粒徑為10-12微米的產品，各主要鋰電正極材料企業也紛紛推出了中粒徑在15-18微米的產品，預計鈷酸鋰會向高壓實和高安全性的方向發展。
2、三元材料
近幾年來層狀嵌鋰多元過渡金屬復合型正極材料發展迅速，尤其是含有鈷鎳錳三種元素的新型過渡金屬嵌鋰氧化物復合材料。
3、錳酸鋰
與鈷酸鋰和鎳酸鋰相比，錳酸鋰具有安全性好、耐過充性好、原料錳的資源豐富、價格低廉及無毒性等優點，是很有發展前途的一種正極材料。層狀錳酸鋰用作鋰離子電池正極材料的缺點是雖然容量很高，但在高溫下不穩定，而且在充放電過程中易向尖晶石結構轉變，導致容量衰減過快。錳酸鋰在中國市場的使用還主要定位在小型電池領域，無法應用于高端領域，更不能完全取代鈷酸鋰材料在小型鋰電的地位。經過多年的研究，錳酸鋰材料的性能得到了較大的改善，2007-2008年，國內已有多數企業已經開始穩定批量地使用錳酸鋰，錳酸鋰主要與鈷酸鋰摻混使用于低端的鋼殼電池上，或者單獨用于動力電池。目前國內錳酸鋰企業包括大型的正極材料生產企業都在積極的開發高溫循環改善的錳酸鋰材料。
4、磷酸鐵鋰
隨著動力電池的發展，國內廠家大多傾向于采用磷酸鐵鋰材料。它是一類新型的鋰離子電池用正極材料。該類材料具有高的能量密度、低廉的價格、優異的安全性等特點，特別適用于動力電池。它的出現是鋰離子電池材料的一項重大突破，現已成為各國競相研究的熱點。目前磷酸鐵鋰被認為是最有發展前途的動力電池正極材料。目前國內實現磷酸鐵鋰批量生產的企業有60多家，年產能3800噸。由于磷酸鐵鋰生產技術門檻很高，大多數生產廠商在批量生產時產品的穩定性難以保證。它的缺點是電阻率較大，電極材料利用率低。因此研究工作主要集中在解決其導電率問題上。此外磷酸鐵鋰的專利問題也是其產業過程中的一個需要解決的問題。
鋰離子電池正極材料的選用原則
作為鋰離子電池正極材料，其必須具備一些必須的性質，主要具體表現為
（1）吉布斯自由能大，以提供高的電池電壓
（2）相對分子質量小，且能容納鋰的量多，以提供高的電池容量；
（3）正極材料需具有大孔徑隧道結構以利于鋰離子的嵌入和脫出；
（4）正極材料具有極小的極性，以保證良好的可逆性，使可循環次數提高；
（5）同電解質有良好的熱穩定性，以保證工作的安全；
（6）具有重量輕，易于制作適用的電極結構，以便提高鋰離子電池的性能價格比；
（7）生產制造工藝簡單，價格低廉，以擴大其應用范圍。
鋰電池正極材料新型干燥及煅燒技術
采用微波干燥新技術干燥鋰電池正極材料，解決了常規鋰電池正極材料干燥技術用時長，使資金周轉較慢，并且干燥不均勻，以及干燥深度不夠的問題，特點有：
1、采用鋰電池正極材料微波干燥設備，快捷迅速，幾分鐘就能完成深度干燥，可使最終含水量達到千分之一以上
2、采用微波干燥鋰電池正極材料，其干燥均勻，產品干燥品質好。
3、采用微波干燥鋰電池正極材料，其高效節能，安全環保。
4、采用微波干燥電池正極材料，其無熱慣性，加熱的即時性易于控制。微波燒結鋰電池正極材料具有升溫速度快、能源利用率高、加熱效率高和安全衛生無污染等特點，并能提高產品的均勻性和成品率，改善被燒結材料的微觀結構和性能。
鋰電池這正極材料雖然發展得很快，前景也很樂觀，但是它也存在一定的技術瓶頸，尤其是它的電容量和安全性能中的優勢還沒有完全展現出來。
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