锂离子电池正极材料的基本要求和锂离子电池正极材料种类分析

锂离子电池正极材料的基本要求

第一，材料自身电位高，这样才能与负极材料之间形成较大的电位差，带来能量密度高的电芯设计；同时带电离子嵌入脱出对电极电位影响小，则充放电过程，不会有过大的电压波动，不会给系统内的其他电气带来不利影响。

第二，材料含锂量高且锂离子嵌入脱嵌可逆。这是高容量的前提。有些正极材料，理论容量很高，但是有一半的锂离子，第一次嵌入以后就失去了活性。这样的材料，是无法投入商用的。

第三，锂离子扩散系数大，锂离子在材料内部的移动更迅速，嵌入和脱嵌的能力强。是影响电芯内阻的因素，也是影响功率特性的因素。

第四，材料比表面积大，有大量的嵌锂位置。表面积大，锂离子电池的嵌入通道相对较短，则嵌入和脱嵌更容易。通道浅的同时，嵌锂位置还要充足。

第五，与锂离子电池电解液的相容性和热稳定性好，这点是出于安全性考虑。正极材料与电解液不容易发生反应，以及在较高温度下依然结构稳定并且仍然不易与电解液反应。这样的材质，不会为电芯额外的热积累供应热量，可以减少电芯进入自生热阶段的概率。

第六，材料易得，且加工性能好。成本低，材料容易加工成电极，且电极结构稳定，是材料得到推广应用的有利条件。

锂离子电池正极材料的基本要求

不同的正极材料种类，决定了锂离子电池充放电功率的大体范围。材料的一些细节，作为辅助因素，也会对功率特性造成影响。比如，正极材料的晶体结构稳定性，颗粒尺寸，掺杂原子，碳包覆工艺，材料的制备方法等。以上因素最终都是通过影响正极材料容纳锂离子的能力和脱嵌嵌入通道的通畅性来影响锂离子电池的功率密度。

锂离子电池正极材料种类

其包括正极材料、负极材料、电解液、隔膜和导电材料等。在某种情况下，衡量锂离子电池正极材料的好坏，可以通过材料的氧化还原电位高低，锂离子在正极材料中脱嵌的能力及其电导率等来判断。

目前，研究最多的正极材料一般都是锂的氧化物，比如：钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、磷酸亚铁锂与三元材料等。

1.钴酸锂

钴酸锂是现阶段商品化锂离子电池中应用最成功、最广泛的正极材料。其理论容量为274mAh/g，实际容量140mAh/g左右，但也有报道实际容量已达到155mAh/g。该材料在可逆性、放电容量、充放电效率和电压稳定方面是比较好的。

2.镍酸锂

用于锂离子电池正极材料的镍酸锂具有与钴酸锂类似的层状结构，其理论容量为274，实际可达200左右。该材料的重要优点为：自放电率低，无污染，与多种电解质有着良好的相容性，且价格相对便宜等，但是其制备条件相对苛刻。

3.锂锰锂

锂锰锂具有尖晶石结构。其理论容量为148，实际容量为90~120，工作电压为3~4。其重要优点为：锰资源储量丰富、价格便宜，易制备，且锰无毒，但是该材料在电解质中会溶解，且相容性不理想。

4.磷酸铁锂

该材料具有橄榄石晶体结构，其理论容量为170，通过表面修饰，实际容量可高达165，已经非常接近理论容量，工作电压范围为3.4V左右。与以上正极材料相比，此材料具有更高的稳定性、更安全、更环保且价格低廉，但是电容量不高。

5.三元材料

三元材料是镍钴锰锂复合的正极材料，其中镍钴锰的比例是根据实际情况进行调整的。三元材料相关于磷酸铁锂离子电池安全性更高，但是平台太低。