9.6新形势下动力电池行业的机遇与挑战

一文带你了解锂离子电池的心脏——正极材料

电动汽车资源网 中字

近年来,新能源汽车在市场及政策的双重支持下发展势态良好,动力电池作为新能源汽车的核心部件,也随之飞速发展。2018年前4月,我国动力电池装机量累计达8.08GWh,同比增长253.66%。锂离子电池是新能源汽车目前使用最普遍的动力电池,它主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液等构成。正极材料在锂电池的总成本中占据40%以上的比例,并且其性能直接影响了锂电池的各项性能指标,所以正极材料在锂电池中占据核心地位。正极材料的性能和价格等是制约锂离子电池进一步向高能量、长寿命和低成本发展的瓶颈,发展高能锂离子电池的关键技术之一是正极材料的开发。那么今天,电动汽车资源网就给大家说一说锂离子电池的正极材料有哪些。

一文带你了解锂离子电池的心脏——正极材料

锂钴氧化物

锂钴氧化物,也被称作钴酸锂,化学式为LiCoO2,是以一种无机化合物。锂钴氧化物是目前市场上锂离子电池用的最广泛的正极材料之一。LiCoO2属于α-NaFeO2型结构,它具有二维层状结构,适合锂离子的脱嵌,其理论容量为274mAh/g,但在实际应用中,由于结构稳定性的限制,最多只能把晶格中的一半Li+脱出,因此实际比容量约为140mAh/g 左右,其平均工作电压高达3.7V。锂钴氧化物一般采用高温固相法制备,该种方法工艺简单、容易操作、适宜量产。由于锂钴氧化物制备容易,而且具有电化学性能高、循环性能好、性能稳定以及充放电性能优良等优点,所以它是最早被规模化用于锂离子电池的正极材料。

锂镍氧化物

锂镍氧化物,也被称作镍酸锂,化学式为LiNiO2。锂镍氧化物的结构为立方岩盐,与锂钴氧化物相同,但其价格比锂钴氧化物低。它的理论容量为276mAh/g,实际比容量为140~180mAh/g,工作电压范围为2.5V~4.2V。锂镍氧化物拥有高温稳定性好、自放电率低、无过充电及过放电限制、无污染等优点,此外它还是目前研究的正极材料中实际放电容量较高的。但由于其要求在富氧气氛下合成,工艺条件控制要求较高且易生成非计量化合物,条件苛刻,制备困难,所以它作为锂离子电池的正极材料使用的并不多。

一文带你了解锂离子电池的心脏——正极材料

锂锰氧化物

锂锰氧化物,按照结构分为层状LiMnO2和尖晶石型LiMn2O4两种。LiMnO2属于正交晶系,岩盐结构,氧原子呈扭变四方密堆结构分布,理论比容量达到286mAh/g,充放电范围为2.5~4.3V。LiMn2O4为尖石型结构,立方晶系,F其可以产生4.0 V的高电压平台,理论容量为148mAh/g,与锂钴氧化物容量接近。我国是一个锰矿资源丰富的国家,锰矿价格低廉,而且环境相容性好,所以锂锰氧化物也是很有发展潜力的正极材料。使用锂钴氧化物作为正极材料生产的电池,安全性好,耐过充放电。

锂铁氧化物

锂铁氧化物,化学式为LiFePO4,在自然界中以磷铁锂矿的形式存在,为橄榄石形结构,属于正交晶系。锂铁氧化物理论比容量为170mAh/g,理论电压为3.5V。它充放电前后结构变化小,循环性能好,高温稳定性好,并且在室温条件下充放电可接近理论容量;缺点是在高倍率下极化大,可逆容量下降快,且不能进行大电流充放电。目前锂铁氧化物的制备方法有高温固相法、液相法、溶胶-凝胶法、喷雾热解法、微波法等等。其中传统的高温固相法制备出来的晶粒尺寸不易掌控,并且电化学性能较差,改进后的高温固相法将液相机械化学活化法运用在其合成工艺中,因此更适合工业化规模化生产。

一文带你了解锂离子电池的心脏——正极材料

锂钒氧化物

锂钒氧化物,化学式为Li1+xV3O8,它的结构由八面体和三角双锥组成,锂离子位于八面体位置,与层之间用离子键固定,过量的锂占据层间四面体位置。其理论比容量为240mAh/g,充放电范围较小,在2~3.7V之间。锂钒氧化物比容量高、循环性能稳定,但其电导率低,氧化性强,容易导致有机电解液分解。制备锂钒氧化物的主要方法有高温固相法和液相反应法。

锂锰镍钴复合氧化物

锂锰镍钴复合氧化物,化学式为LiNi1-x-yCoxMnyO2。它由于引入和Ni、Co、Mn,所以存在明显的三元协同效应,综合了LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2 三种层状材料的优点。由于加入了Ni,有效提高了其材料容量;加入了Co,其层状结构得到明显稳定;加入Mn,降低了材料成本的同时,还提高了其安全性。此外,LiNi1-x-yCoxMnyO2的充放电平台高,性能更佳,因此有望取代现有的其他正极材料。

(作者:黄诚)

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