锂离子电池的正极材料是什么？

随着全球经济不断发展，能源危机逐步加深、环保意识不断增强，作为新能源及环保低碳的动力电池产业得到迅猛发展，而锂离子电池凭借其优异的性能、成熟的技术成为众多动力电池的主流发展方向。锂离子电池主要由正极、负极、电解液、隔膜构成，依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作，具有反复充电的能力，随着材料种类、性能技术不断突破和生产成本的有效控制，锂离子电池质轻、续航里程长、适用范围广、能量密度高、输出功率高的优势将逐步得到体现，被作为主要的动力电池发展，是当今新能源车动力电池的主要类型。

一、锂离子电池正极材料

目前国内外产业化应用的锂离子动力电池正极材料有磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、三元(镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂)、镍酸锂材料;主要生产企业有湖南杉杉新材料有限公司、湖南瑞翔新材料股份有限公司、北大先行科技产业有限公司、北京当升材料科技股份有限公司、天津巴莫科技股份有限公司、宁波金和新材料股份有限公司、深圳市天骄科技有限公司等。

1.主要的正极材料

钴酸锂的容量可达到140mAh/g,质量轻、体积小、充放电电压平稳、电导率高、生产工艺简单;制备方法有高温固相法、溶胶-凝胶法、沉淀法、喷雾干燥法、水热合成法;但高的原材料价格、差的热稳定性及严重的污染问题限制其在电动车上的应用。

镍酸锂容量达到190～210mAh/g,环境污染小、自放电率低，合成方法有高温固相法、溶胶-凝胶法;但热稳定性差、容量衰减快。

2.正极材料的研发

镍钴锰、镍钴铝三元材料的研发主要是提升材料的体积比能量、提高低温性能、改善电池的安全性;通过调整材料的组成比例实现性能的调控。为了继续提升电池的能量密度，正极材料将向硅酸盐复合材料、层状富锂锰基材料、硫基材料发展;向更高嵌锂容量且性能良好锂脱嵌的可逆性材料方向发展。材料结构研究倾向于层状结构和尖晶石结构。

3.正极材料的发展趋势

(1)材料改性

稳定电极材料表面结构的稳定性，主要通过石墨烯改性、表面改性，达到提高材料的电导率、高温循环性能，降低材料容量衰减的效果。

(2)离子掺杂

离子掺杂主要是将金属元素铝(Al)、铬(Cr)、镁(Mg)在氧位掺杂到过渡金属和非金属元素中，将导电性好的金属离子掺杂到正极材料中，改善锂离子扩散速率、导电率、电化学性能，提高稳定性，需深入研究掺杂改性的具体作用机理，以便更好地利用掺杂提高材料性能。

二、锂离子电池负极材料

锂离子动力电池负极材料应具有较高的电导率，能够容纳大量的锂离子且具有良好的稳定性。目前负极材料大多采用石墨结构的碳素材料，一般由碳素材料、粘合剂、添加剂按一定比例混合涂覆在铜箔上经干燥、滚压而制成;此外还有硅基材料、锡基材料、钛酸锂材料等。国内锂离子电池负极材料的生产厂家主要有深圳市贝瑞特科技有限公司、上海杉杉科技有限公司、江西紫宸科技有限公司、深圳市斯诺实业发展有限公司、湖南星源科技发展有限公司、江西正拓新能源科技股份有限公司等。

1.主要的负极材料

锂离子电池负极材料以石墨类材料为主,主要包括人造石墨、天然石墨、软/硬碳和中间相碳微球、钛酸锂;正在研究中的负极材料有钛氧化物、锡与碳的复合物、硅的复合物，碳纳米管、石墨新型材料。

2.负极材料的研发

目前负极材料主要研究嵌入型、合金化型、转化型;主要研发材料有硬碳、软碳、硅碳;提高工艺成熟度、稳定性和效率;目前研究较多的负极材料有纳米尺度硅及硅合金(主要是解决硅负极材料因体积变化大造成的容量衰减速度快的问题)，金属氧化物(氧化铁、氧化钛)替代石墨，通过包覆或控制其材料粒径、形貌，以提高其导电性，合金研究主要是材料的纳米化、多组分复合，碳纳米管、石墨新型负极材料正在研究中，将为锂离子电池的发展带来新的机遇与挑战。

3.负极材料的发展趋势

(1)石墨负极的优化

离子掺杂可有效改善材料的功率特性、循环稳定性，包覆处理有效抑制粒子长大，同时提高电子电导率，获得良好的电化学性能

(2)材料纳米化

碳纳米管、石墨烯就是其中的代表，分散态的球状纳米结构比表面积较高，可以显著提高材料的比容量、循环性能、倍率性能。

三、锂离子电池隔膜材料

隔膜成本约占电池成本的20%，是电池材料的重要组成部分，主要作用是将电池的正、负极隔离，保证电池安全、实现充放电功能，主要要求是绝缘性要好。隔膜作为高分子功能材料，发展前景广阔、附加值高、成本低、效益前景可观。国内隔膜生产企业主要有星源电子科技(深圳)有限公司、北京泰和中科科技有限公司、佛山市金辉高科光电材料有限公司、重庆明珠塑料有限公司、河南义腾新能源科技有限公司、南通天丰电子新材料有限公司。

1.主要的隔膜材料

为了便于气体扩散，应选择透气性好且薄的锂离子动力电池隔膜材料，一般为聚烯烃类微孔薄膜材料，包括聚乙烯单层膜、聚丙烯单层膜及2种材质的双层或3层复合膜，薄膜厚度约为10～20μm。隔膜的研究方向主要集中在提高强度、稳定性和孔隙率等方面。

2.隔膜材料的研发

目前低端隔膜市场产能过剩，但高端隔膜市场与国外产品质量仍有一定差距，存在质量均匀性和稳定性问题，市场供不应求，严重依赖日本、美国等少数几个国家的进口。