钜大LARGE | 点击量：5859次 | 2022年06月06日
锂电池常用正极材料介绍
锂离子电池的正极材料是什么
自锂离子电池发明以来，作为一种理想的新型储能电源电池，锂离子电池一直是电池行业研究的热点。那么，锂离子电池的正极材料是什么呢?重要有LCo(锂钴氧化物)、LMO(锂锰氧化物)、NCM(三元体系)、NCA(二元体系)和LFP(磷酸铁锂)。以下是他们的一些特点:
锂离子电池
1.锂离子电池正极材料:LCo(硼酸锂)
(1)氧化钴锂的优点:
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
1)优异的电化学性能:每循环容量的平均衰减小于0.05%，第一次放电比容量为>135mAh/g，
3.6v一次放电平台比>85%。
2)优异的加工性能。
3)振动密度高，有利于提高电池的比容量。
4)产品性能稳定，一致性好。
5)工作电压高，放电稳定，比能高，循环性能好等。
6)适用于大流量放电和锂离子包埋与剥离，是锂离子电池的首选材料。
(2)氧化钴锂的缺点:
1)LiCo02实际容量约为140ma穐/g,只有理论容量(274ma穐/g)的约50%。
2)在反复充放电过程中，由于锂离子的反复插入和弹射，活性物质经过多次收缩和膨胀后结构发生变化，导致LiCo02的内阻增大，容量减小。
2.锂离子电池正极材料:LMO(锰酸锂)
锂离子电池正极材料LiMn204具有尖晶石结构。其理论容量为148mAh/g，实际容量为90~120mAh/g。工作电压范围为3~4V。该阴极材料的重要优点是:锰资源丰富，价格低廉，安全性高，制备方便。缺点是理论能力不高;物料在电解液中会慢慢溶解，即与电解液的相容性不是很好;在深度充放电过程中，材料容易发生晶格单元的变化，导致电池容量迅速衰减，尤其是在较高温度下使用时。
3.锂离子电池正极材料:NCM(三元系列)
NCM是指镍、金刚石、锰按一定比例组成的正极材料。每个字母对应相关元素的化学首字母。一个基本事实是，随着镍含量的新增，三元阴极材料的比容量新增，电池的能量密度新增。因此，在NCM电池中，根据三种材料的不同含量，NCM材料可以分为NCM111、NCM523、NCM622、NCM811等，后者的数量代表了三者的比例。随着电池续航里程需求的新增，电池比能要求的提高，以及稀有金属钻探价格的上涨，高镍系NCM811将成为未来重要的发展方向。
NCM的优点:比容量高，循环寿命长，安全性能好，价格低廉
滑动的缺点:
1.材料的一次充放电效率低。
2.锂层中阳离子的混合对材料的第一充放电效率和循环稳定性有影响。
3.该材料的放电电压平台高于LiCo0。低，要改进。
离子掺杂改性
锂离子电池的输出功率直接与材料中的电导和锂离子的离子电导有关。
阳离子等效态掺杂:等效态掺杂不会改变材料原有的原子原子价，但一般可以稳定材料的结构，扩大离子通道，提高材料的离子电导率。
阳离子非等效态掺杂:掺杂价态较低的离子会导致过量元素的价态新增，即出现空穴，改变材料的能带结构，大大提高材料的电导率。
阴离子掺杂技术:阴离子掺杂在f-取代02中较为常见。氟离子相掺杂可以使材料的结晶度更好，从而提高材料的稳定性。
表面涂层改性
利用金属氧化物(A13O3、ZnO、ZrO等)修饰三元材料的表面，将材料与电解液进行机械分离，减少材料与电解液之间的副反应，抑制金属离子的溶解，优化材料的回收性能。
4.锂离子电池正极材料:NCA(二进制)
由于NCA材料的技术壁垒较高，目前的生产量力重要集中在日本和韩国，而我国的产量相对较小。重要供应商包括住友、日本化学工业公司(chemicalindustrycorporation)和户田公明(Toda)，而韩国的Ecopro和GSEM也销售少量产品。
NCA电池在我国还没有量产，重要的困难是:
(1)高镍材料热稳定性差充电不足会导致电池安全的衰落,使电池制造商和最终用户关心的安全NCA电池,并且要可靠的系统安全设计方面的单元设计,供电系统设计、电源使用,等等。
(2)充放电过程中出现严重的气体，导致电池膨胀变形，降低电池的循环和使用寿命，存在安全隐患。因此，NCA电池通常采用高压圆柱形电池外壳，通过减少气体的出现来控制电池的膨胀和变形。
(3)NCA要求在电池生产的整个过程中，湿度控制在10%以下，关于其他材料，只要在注液过程中严格控制湿度即可。这对国内公司提出了巨大的挑战。
5.锂离子电池正极材料:LFP(磷酸铁锂)
LFP具有以下优点:
(1)氧离子与P5+通过强共价键结合形成(PO)43+。即使在完全填充的状态下，O原子也很难逃逸，从而提高了材料的稳定性和安全性。
(2)低电流充放电时LFP的实际比容量可达140mAh以上。G-1，且结构未受损，相当于LiCoO2的比容量;
(3)安全性能好;
(4)循环性能好(100%DOD条件下充放电2000次以上);
(5)良好的过充电阻，有利于电池的组合使用;
(6)原料丰富，价格低廉;
(7)环保，不含对人体有害的重金属元素;
(8)热稳定性好;
磷酸铁锂的缺点:
(1)电子导电率低
(2)离子扩散系数低
(3)固体密度低
(4)合成成本略高
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