介绍锂离子正负极材料

正极材料是决定锂离子电池性能的关键材料之一,也是目前商业化锂离子电池中重要的锂离子来源,其性能和价袼对锂离子电池的影响较大。

随着锂离子电池的不断发展，应用领域也在逐渐的扩大，其在正极材料的使用方面已经由单一化向多元化的方向转变，其中包括：橄榄石型磷酸亚铁锂、层状钴酸锂、尖晶石型锰酸锂等等，实现多种材料的并存。

从技术发展方面能够看出，在日后的发展中还会出现更多新型的正极材料。关于动力锂电池的正极材料来说，其在成本费用、安全性能、循环能力以及能量密度等多个方面都具有较为严格的要求。

锂离子电池正极材料的性能直接影响着锂离子电池的性能，其成本也直接决定电池成本高低。目前研制成功并得到应用的正极材料重要有钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、三元材料镍钴锰酸锂(NCM)和镍钴铝酸锂(NCA)等。磷酸铁锂离子电池是目前广受关注的正极材料之一，理论比容量为170mAh/g,实际比容量可达150mAh/g以上。

锂离子负极材料

锂离子电池负极材料重要影响锂离子电池的首次效率、循环性能等。按锂离子电池成本比例，负极材料占比锂离子电池总成本的25%～28%。随着技术的进步，目前的锂离子电池负极材料已经从单一的人造石墨发展到了天然石墨、中间相碳微球、人造石墨为主，软碳/硬碳、无定形碳、钛酸锂、硅碳合金等多种负极材料共存的局面。

我国在锂离子电池负极材料产业化方面具有一定的优势，国内电池产业链从原料的开采、电极材料的生产、电池的制造和回收等环节比较齐整。

一、重要参数指标

锂离子电池具有能量密度高、转换效率高、循环寿命长、无记忆效应、无充放电延时、自放电率低、工作温度范围宽和环境友好等优点，因而成为电能的一个比较理想的载体，在各个领域得到广泛的应用。

一般而言，我们在使用锂离子电池的时候，会关注一些技术指标，作为衡量其性能优劣的重要因素。那么，什么指标是我们要在使用的时候，应该予以特别关注呢？

1.容量

这是大家比较关心的一个参数。智能手机早已普及，我们在使用智能手机的时候，最为担心的就是电量不足，要频繁充电，有时还找不到地方充电。早期的功能机，正常使用情况下，满充的电池可以待机3~5天，一些产品甚至可以待机7天以上。可是到了智能机时代，待机时间就显得惨不忍睹了。这里面很重要的一个原因，就是手机的功耗越来越大，而电池的容量却没有同比例的上升。

容量的单位一般为mAh(毫安时)或Ah(安时)，在使用时又有额定容量和实际容量的差别。额定容量是指满充的锂离子电池在实验室条件下(比较理想的温湿度环境)，以某一特定的放电倍率(C-rate)放电到截止电压时，所能够供应的总的电量。实际容量一般都不等于额定容量，它与温度、湿度、充放电倍率等直接相关。一般情况下，实际容量比额定容量偏小一些，有时甚至比额定容量小很多，比如北方的冬季，假如在室外使用手机，电池容量会迅速下降。

2.能量密度

能量密度，指的是单位体积或单位重量的电池，能够存储和释放的电量，其单位有两种：Wh/kg，Wh/L，分别代表重量比能量和体积比能量。这里的电量，是上面提到的容量(Ah)与工作电压(V)的积分。在应用的时候，能量密度这个指标比容量更具有指导性意义。

基于当前的锂离子电池技术，能够达到的能量密度水平大约在100~200Wh/kg，这一数值还是比较低的，在许多场合都成为锂离子电池应用的瓶颈。这一问题同样出现在电动汽车领域，在体积和重量都受到严格限制的情况下，电池的能量密度决定了电动汽车的单次最大行驶里程，于是出现了里程焦虑症这一特有的名词。假如要使得电动汽车的单次行驶里程达到500公里(与传统燃油车相当)，电池单体的能量密度必须达到300Wh/kg以上。

锂离子电池能量密度的提升，是一个缓慢的过程，远低于集成电路产业的摩尔定律，这就造成了电子产品的性能提升与电池的能量密度提升之间存在一个剪刀差，并且随着时间不断扩大。

3.充放电倍率

这个指标会影响锂离子电池工作时的持续电流和峰值电流，其单位一般为C(C-rate的简写)，如1/10C，1/5C，1C，5C，10C等。举个例子来阐述倍率指标的具体含义，某电池的额定容量是10Ah，假如其额定充放电倍率是1C，那么就意味着这个型号的电池，可以以10A的电流，进行反复的充放电，一直到充电或放电的截止电压。假如其最大放电倍率是[email protected]，最大充电倍率[email protected]，那么该电池可以以100A的电流进行持续10秒的放电，以50A的电流进行持续10秒的充电。