鋰離子電池的正極材料是什么

自鋰離子電池發明以來，作為一種理想的新型儲能電源電池，鋰離子電池一直是電池行業研究的熱點。那么，鋰離子電池的正極材料是什么呢?重要有LCo(鋰鈷氧化物)、LMO(鋰錳氧化物)、NCM(三元體系)、NCA(二元體系)和LFP(磷酸鐵鋰)。以下是他們的一些特點:

鋰離子電池

1.鋰離子電池正極材料:LCo(硼酸鋰)

(1)氧化鈷鋰的優點:

1)優異的電化學性能:每循環容量的平均衰減小于0.05%，第一次放電比容量為>135mAh/g，

3.6v一次放電平臺比>85%。

2)優異的加工性能。

3)振動密度高，有利于提高電池的比容量。

4)產品性能穩定，一致性好。

5)工作電壓高，放電穩定，比能高，循環性能好等。

6)適用于大流量放電和鋰離子包埋與剝離，是鋰離子電池的首選材料。

(2)氧化鈷鋰的缺點:

1)LiCo02實際容量約為140ma穐/g,只有理論容量(274ma穐/g)的約50%。

2)在反復充放電過程中，由于鋰離子的反復插入和彈射，活性物質經過多次收縮和膨脹后結構發生變化，導致LiCo02的內阻增大，容量減小。

2.鋰離子電池正極材料:LMO(錳酸鋰)

鋰離子電池正極材料LiMn204具有尖晶石結構。其理論容量為148mAh/g，實際容量為90~120mAh/g。工作電壓范圍為3~4V。該陰極材料的重要優點是:錳資源豐富，價格低廉，安全性高，制備方便。缺點是理論能力不高;物料在電解液中會慢慢溶解，即與電解液的相容性不是很好;在深度充放電過程中，材料容易發生晶格單元的變化，導致電池容量迅速衰減，尤其是在較高溫度下使用時。

3.鋰離子電池正極材料:NCM(三元系列)

NCM是指鎳、金剛石、錳按一定比例組成的正極材料。每個字母對應相關元素的化學首字母。一個基本事實是，隨著鎳含量的新增，三元陰極材料的比容量新增，電池的能量密度新增。因此，在NCM電池中，根據三種材料的不同含量，NCM材料可以分為NCM111、NCM523、NCM622、NCM811等，后者的數量代表了三者的比例。隨著電池續航里程需求的新增，電池比能要求的提高，以及稀有金屬鉆探價格的上漲，高鎳系NCM811將成為未來重要的發展方向。

NCM的優點:比容量高，循環壽命長，安全性能好，價格低廉

滑動的缺點:

1.材料的一次充放電效率低。

2.鋰層中陽離子的混合對材料的第一充放電效率和循環穩定性有影響。

3.該材料的放電電壓平臺高于LiCo0。低，要改進。

離子摻雜改性

鋰離子電池的輸出功率直接與材料中的電導和鋰離子的離子電導有關。

陽離子等效態摻雜:等效態摻雜不會改變材料原有的原子原子價，但一般可以穩定材料的結構，擴大離子通道，提高材料的離子電導率。

陽離子非等效態摻雜:摻雜價態較低的離子會導致過量元素的價態新增，即出現空穴，改變材料的能帶結構，大大提高材料的電導率。

陰離子摻雜技術:陰離子摻雜在f-取代02中較為常見。氟離子相摻雜可以使材料的結晶度更好，從而提高材料的穩定性。

表面涂層改性

利用金屬氧化物(A13O3、ZnO、ZrO等)修飾三元材料的表面，將材料與電解液進行機械分離，減少材料與電解液之間的副反應，抑制金屬離子的溶解，優化材料的回收性能。

4.鋰離子電池正極材料:NCA(二進制)

由于NCA材料的技術壁壘較高，目前的生產量力重要集中在日本和韓國，而我國的產量相對較小。重要供應商包括住友、日本化學工業公司(chemicalindustrycorporation)和戶田公明(Toda)，而韓國的Ecopro和GSEM也銷售少量產品。

NCA電池在我國還沒有量產，重要的困難是:

(1)高鎳材料熱穩定性差充電不足會導致電池安全的衰落,使電池制造商和最終用戶關心的安全NCA電池,并且要可靠的系統安全設計方面的單元設計,供電系統設計、電源使用,等等。

(2)充放電過程中出現嚴重的氣體，導致電池膨脹變形，降低電池的循環和使用壽命，存在安全隱患。因此，NCA電池通常采用高壓圓柱形電池外殼，通過減少氣體的出現來控制電池的膨脹和變形。

(3)NCA要求在電池生產的整個過程中，濕度控制在10%以下，關于其他材料，只要在注液過程中嚴格控制濕度即可。這對國內公司提出了巨大的挑戰。

5.鋰離子電池正極材料:LFP(磷酸鐵鋰)

LFP具有以下優點:

(1)氧離子與P5+通過強共價鍵結合形成(PO)43+。即使在完全填充的狀態下，O原子也很難逃逸，從而提高了材料的穩定性和安全性。

(2)低電流充放電時LFP的實際比容量可達140mAh以上。G-1，且結構未受損，相當于LiCoO2的比容量;

(3)安全性能好;

(4)循環性能好(100%DOD條件下充放電2000次以上);

(5)良好的過充電阻，有利于電池的組合使用;

(6)原料豐富，價格低廉;

(7)環保，不含對人體有害的重金屬元素;

(8)熱穩定性好;

磷酸鐵鋰的缺點:

(1)電子導電率低

(2)離子擴散系數低

(3)固體密度低

(4)合成成本略高