正極材料對鐵鋰電池性能有什么影響

來源：存能電氣  日期：2019-05-14 09:28  瀏覽量：次

　　正極材料對鐵鋰電池性能有什么影響？鐵鋰電池正極材料的熱穩(wěn)定溫度越高，說明材料的氧化能力越弱，材料越安全。目前已經(jīng)市場化的鋰電池正極材料包括鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料等產(chǎn)品。鋰電池正極材料具有廣闊的市場，前景十分樂觀。

　　正極材料對鐵鋰電池性能有什么影響？

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　　每種正極材料都有其理論能量密度，選擇了一種正極材料，就選擇了電芯能量密度的上限。正極材料的用量設(shè)計(jì)和加工制作過程中的振實(shí)密度也對電芯成品的能量密度產(chǎn)生影響。

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　　不同的正極材料種類，決定了電池充放電功率的大體范圍。材料的一些細(xì)節(jié)，作為輔助因素，也會對功率特性造成影響。比如，正極材料的晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，顆粒尺寸，摻雜原子，碳包覆工藝，材料的制備方法等。以上因素最終都是通過影響正極材料容納鋰離子的能力和脫嵌嵌入通道的通暢性來影響鋰電池的功率密度。

　　③電芯循環(huán)壽命

　　影響電芯循環(huán)壽命的因素很多，與正極材料相關(guān)的，主要有正極材料活性物質(zhì)在循環(huán)使用中的損耗，以及充放電過程中，材料結(jié)構(gòu)的崩壞引發(fā)的正極容納鋰離子能力的衰減。而正極材料中的雜質(zhì)成分，比如單質(zhì)鐵和三價(jià)鐵，都會與電解液相互作用，產(chǎn)生不良副反應(yīng)，或者造成內(nèi)部微短路。

　　鋰電池正極材料有哪些？

　　●鈷酸鋰(LCO)：適合小型電池，實(shí)際容量不高

　　鈷酸鋰是第一代商業(yè)化正極材料，在幾十年的發(fā)展中逐漸改性和提高，可以認(rèn)為是最成熟的鐵鋰電池正極材料。鈷酸鋰具有放電平臺高、比容量較高、循環(huán)性能好、合成工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)。但該材料含鈷較多，成本較高。

　　目前在3C電子電池中，大多數(shù)仍使用鈷酸鋰而并非比容量更高的三元材料，原因是鈷酸鋰材料的壓實(shí)密度大于三元材料，即單位體積內(nèi)能容納的鈷酸鋰量更多。在更為重視體積密度的小型電池中，鈷酸鋰占有著一席之地。

　　●磷酸鐵鋰(LFP):能量密度低，安全性突出

　　磷酸鐵鋰電池是目前廣受關(guān)注的正極材料之一，理論比容量為170mAh/g,實(shí)際比容量可達(dá)150mAh/g以上。其主要特點(diǎn)是成本低廉，安全性非常好，循環(huán)壽命高，這些特點(diǎn)使得磷酸鐵鋰材料迅速成為研究熱點(diǎn)，磷酸鐵鋰電池也在電動汽車領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用。

　　●三元材料(NCM、NCA)

　　三元材料是與鈷酸鋰結(jié)構(gòu)極為相似的鋰鎳鈷錳氧化物(LiNixCoyMn1-x-y02)的俗稱，這種材料在比能量、循環(huán)性、安全性和成本方面可以進(jìn)行均衡和調(diào)控。

　　鎳鈷錳三種元素的不同配置將為材料帶來不同的性能：鎳含量增加將增加材料的容量，但會使循環(huán)性能變差;鈷的存在可使材料結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，但含量過高會使容量降低;錳的存在可以降低成本并改善安全性能，但含量過高則會破壞材料的層狀結(jié)構(gòu)，因此找到三種材料的比例關(guān)系以達(dá)到綜合性能最優(yōu)化，是三元鋰電池材料研發(fā)的重點(diǎn)。

　　正極材料對鋰電有多重要?

　　鋰離電池主要由正極材料、負(fù)極材料、隔膜和電解液等構(gòu)成，正極材料在鋰電池的總成本中占據(jù)較高的比例，并且正極材料的性能直接影響了鋰電池的各項(xiàng)性能指標(biāo)，所以鋰電正極材料在鋰電池中的作用不言而喻。

　　一般來說，在鋰離子電池產(chǎn)品組成成分中，正極材料占據(jù)著最重要的地位，正極材料的好壞，直接決定了最終鐵鋰電池電池產(chǎn)品的性能指標(biāo)。而正極材料在電池成本中所占比例高達(dá)40%左右。鋰離子電池正極材料已成為制約我國高性能鋰離子電池發(fā)展的瓶頸。另外，在正極材料研究方面所取得的進(jìn)展，也展示出鋰離子電池正極材料發(fā)展的廣闊前景。

　　未來，磷酸鐵鋰電池將成為正極材料的首選。因而對于鋰電池正極材料的研究是提高電池電化學(xué)性能的一個(gè)很重要的方面！