一文帶你了解鋰離子電池的心臟——正極材料

近年來(lái)，新能源汽車(chē)在市場(chǎng)及政策的雙重支持下發(fā)展勢(shì)態(tài)良好，動(dòng)力電池作為新能源汽車(chē)的核心部件，也隨之飛速發(fā)展。2018年前4月，我國(guó)動(dòng)力電池裝機(jī)量累計(jì)達(dá)8．08GWh，同比增長(zhǎng)253．66％。鋰離子電池是新能源汽車(chē)目前使用最普遍的動(dòng)力電池，它主要由正極材料、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)40％以上的比例，并且其性能直接影響了鋰電池的各項(xiàng)性能指標(biāo)，所以正極材料在鋰電池中占據(jù)核心地位。正極材料的性能和價(jià)格等是制約鋰離子電池進(jìn)一步向高能量、長(zhǎng)壽命和低成本發(fā)展的瓶頸，發(fā)展高能鋰離子電池的關(guān)鍵技術(shù)之一是正極材料的開(kāi)發(fā)。那么今天，電動(dòng)汽車(chē)資源網(wǎng)就給大家說(shuō)一說(shuō)鋰離子電池的正極材料有哪些。

鋰鈷氧化物

鋰鈷氧化物，也被稱作鈷酸鋰，化學(xué)式為L(zhǎng)iCoO2，是以一種無(wú)機(jī)化合物。鋰鈷氧化物是目前市場(chǎng)上鋰離子電池用的最廣泛的正極材料之一。LiCoO2屬于α－NaFeO2型結(jié)構(gòu)，它具有二維層狀結(jié)構(gòu)，適合鋰離子的脫嵌，其理論容量為274mAh／g，但在實(shí)際應(yīng)用中，由于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的限制，最多只能把晶格中的一半Li＋脫出，因此實(shí)際比容量約為140mAh／g 左右，其平均工作電壓高達(dá)3．7V。鋰鈷氧化物一般采用高溫固相法制備，該種方法工藝簡(jiǎn)單、容易操作、適宜量產(chǎn)。由于鋰鈷氧化物制備容易，而且具有電化學(xué)性能高、循環(huán)性能好、性能穩(wěn)定以及充放電性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，所以它是最早被規(guī)?；糜阡囯x子電池的正極材料。

鋰鎳氧化物

鋰鎳氧化物，也被稱作鎳酸鋰，化學(xué)式為L(zhǎng)iNiO2。鋰鎳氧化物的結(jié)構(gòu)為立方巖鹽，與鋰鈷氧化物相同，但其價(jià)格比鋰鈷氧化物低。它的理論容量為276mAh／g，實(shí)際比容量為140～180mAh／g，工作電壓范圍為2．5V～4．2V。鋰鎳氧化物擁有高溫穩(wěn)定性好、自放電率低、無(wú)過(guò)充電及過(guò)放電限制、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，此外它還是目前研究的正極材料中實(shí)際放電容量較高的。但由于其要求在富氧氣氛下合成，工藝條件控制要求較高且易生成非計(jì)量化合物，條件苛刻，制備困難，所以它作為鋰離子電池的正極材料使用的并不多。

鋰錳氧化物

鋰錳氧化物，按照結(jié)構(gòu)分為層狀LiMnO2和尖晶石型LiMn2O4兩種。LiMnO2屬于正交晶系，巖鹽結(jié)構(gòu)，氧原子呈扭變四方密堆結(jié)構(gòu)分布，理論比容量達(dá)到286mAh／g，充放電范圍為2．5～4．3V。LiMn2O4為尖石型結(jié)構(gòu)，立方晶系，F(xiàn)其可以產(chǎn)生4．0 V的高電壓平臺(tái)，理論容量為148mAh／g，與鋰鈷氧化物容量接近。我國(guó)是一個(gè)錳礦資源豐富的國(guó)家，錳礦價(jià)格低廉，而且環(huán)境相容性好，所以鋰錳氧化物也是很有發(fā)展?jié)摿Φ恼龢O材料。使用鋰鈷氧化物作為正極材料生產(chǎn)的電池，安全性好，耐過(guò)充放電。

鋰鐵氧化物

鋰鐵氧化物，化學(xué)式為L(zhǎng)iFePO4，在自然界中以磷鐵鋰礦的形式存在，為橄欖石形結(jié)構(gòu)，屬于正交晶系。鋰鐵氧化物理論比容量為170mAh／g，理論電壓為3．5V。它充放電前后結(jié)構(gòu)變化小，循環(huán)性能好，高溫穩(wěn)定性好，并且在室溫條件下充放電可接近理論容量；缺點(diǎn)是在高倍率下極化大，可逆容量下降快，且不能進(jìn)行大電流充放電。目前鋰鐵氧化物的制備方法有高溫固相法、液相法、溶膠－凝膠法、噴霧熱解法、微波法等等。其中傳統(tǒng)的高溫固相法制備出來(lái)的晶粒尺寸不易掌控，并且電化學(xué)性能較差，改進(jìn)后的高溫固相法將液相機(jī)械化學(xué)活化法運(yùn)用在其合成工藝中，因此更適合工業(yè)化規(guī)模化生產(chǎn)。

鋰釩氧化物

鋰釩氧化物，化學(xué)式為L(zhǎng)i1＋xV3O8，它的結(jié)構(gòu)由八面體和三角雙錐組成，鋰離子位于八面體位置，與層之間用離子鍵固定，過(guò)量的鋰占據(jù)層間四面體位置。其理論比容量為240mAh／g，充放電范圍較小，在2～3．7V之間。鋰釩氧化物比容量高、循環(huán)性能穩(wěn)定，但其電導(dǎo)率低，氧化性強(qiáng)，容易導(dǎo)致有機(jī)電解液分解。制備鋰釩氧化物的主要方法有高溫固相法和液相反應(yīng)法。

鋰錳鎳鈷復(fù)合氧化物

鋰錳鎳鈷復(fù)合氧化物，化學(xué)式為L(zhǎng)iNi1－x－yCoxMnyO2。它由于引入和Ni、Co、Mn，所以存在明顯的三元協(xié)同效應(yīng)，綜合了LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2 三種層狀材料的優(yōu)點(diǎn)。由于加入了Ni，有效提高了其材料容量；加入了Co，其層狀結(jié)構(gòu)得到明顯穩(wěn)定；加入Mn，降低了材料成本的同時(shí)，還提高了其安全性。此外，LiNi1－x－yCoxMnyO2的充放電平臺(tái)高，性能更佳，因此有望取代現(xiàn)有的其他正極材料。

（來(lái)源：電動(dòng)汽車(chē)資源網(wǎng) 黃誠(chéng)）