锂离子电池对正极材料的要求分析

随着全球多样化的发展，我们的生活也在不断变化着，包括我们接触的各种各样的电子产品，那么你一定不了解这些产品的一些组成，比如锂离子电池正极材料。锂离子电池的重要部件有正极、负极、电解液、隔膜等，锂离子能量的存储和释放是以电极材料的氧化还原反应形式实现的，正极活性物质是锂离子电池最为关键的核心材料。

经过近30年的快速发展，正极材料包括氧化钴锂，锰酸锂，氧化镍镍钴(LiNi1-xCoxO2，也称为NC)，锰酸锂镍钴，铝酸锂镍钴，磷酸铁锂等。工业化，并已扩展到可在许多领域中使用。随着对新能源汽车高能密度正极材料的需求，锂镍钴锰氧化物三元材料已成为最重要的正极材料，并且占正极材料的比重最大。

1.正极材料的重要元素含量：锂离子电池中的正极材料是含有锂的氧化物。通常，锂含量越高，容量越高。例如，锰酸锂的Li含量仅为4.2%，而钴酸锂和镍酸锂的含量约为7.1%，而富锂的锰碱的含量约为10%。假如材料成分固定，则应以实际测试平均值加公差的形式给出重要元素的含量，以实现相应的电化学活性并保持批次之间的稳定性。锂离子电池中的正极材料都是含锂的氧化物。通常，锂含量越高，容量越高。

2.正极材料的晶体结构：锂离子电池正极材料的晶体结构重要分为三类：α-NaFeO2层状，橄榄石型和尖晶石型。在正极材料中，LiCoO2的纯相更易于制备，并且产物具有α-NaFeO2的层状结构，与美国粉末衍射标准联合委员会公布的证卡50-0653#相对应。LiMn2O4的纯相较易获得，且产物具有尖晶石。立方结构，对应JCpDS5-0782#卡;LiFepO4必须在惰性气氛中制备，因为其Fe为+2，并且产品具有橄榄石结构，对应于JCpDS83-2092#卡。

3.正极材料的粒径分布：正极材料的粒径将直接影响电池浆料和极靴的制备。通常，大粒径材料的浆料具有低粘度和良好的流动性，并且可以使用较少的溶剂和较高的固体含量。正极材料的粒径通常通过激光粒径分析仪测定，将粒径分布曲线中的累积分布为50%时的最大粒径的当量直径D50作为平均粒径。正极材料的粒度和分布与前体，烧结和压碎过程密切相关。通常，它应该显示正态分布。钴酸锂一般以四氧化钴和碳酸锂为原料制备，其烧结性能非常好。它可以通过控制关键因素(例如Li/Co，烧结温度和加热速率)来生长，因此对原材料的需求较低。

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4.正极材料的密度：锂离子电池的体积能量密度在很大程度上取决于活性材料的密度。正极材料的密度与其中所含元素的原子量，晶体排列方式，结晶度，球形度，粒径和分布，密度等密切相关，并受制备过程的影响。正极材料的密度分为疏松堆积密度，振实密度，粉末压实密度，极靴压实密度，理论密度等。

5.正极材料的比表面积：当正极的比表面积较大时，电池的倍率特性较好，但通常更容易与电解质反应，这使得周期和存储更糟。正极材料的比表面积与粒径和分布，表面孔隙率和表面涂层密切相关。在锂钴氧化物体系中，具有小颗粒的速率型产物对应于最大的比表面积。由于磷酸锂铁的导电性差，因此将颗粒设计为纳米聚集体的形式，并且表面覆盖有无定形碳，从而在所有正极材料中获得了最高的比表面积。

6.正极材料的水分含量：正极材料的水分含量与其比表面积，粒度和分布，表面孔隙率以及表面涂层密切相关。水分含量对电池打浆有很大的影响。通常，正极浆料重要使用聚偏二氟乙烯(pVDF)作为粘合剂，并且使用N-甲基吡咯烷酮(NMp)作为溶剂。在该有机体系中，分子量大的pVDF没有完全溶解，而是以溶胶的形式存在。当正极材料的水分和残留碱含量高时，有机溶胶体系将被破坏，pVDF与NMp分离，浆料的粘度将急剧新增，甚至出现胶冻。

在研究设计过程中，一定会有这样或着那样的问题，这就要我们的科研工作者在设计过程中不断总结相关经验，这样才能促进产品的不断革新。