動力電池各種正極材料性能比較

鋰離子動力電池是目前最有潛力的車載電池，主要由正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解質(zhì)等部分組成。目前負(fù)極材料的研發(fā)和生產(chǎn)已比較成熟。正極材料、隔膜和電解質(zhì)是鋰離子電池的核心材料，占據(jù)電池成本的70%；其中又以正極材料附加值最高，約占鋰電池成本的30%。這三種核心材料的技術(shù)突破，將對鋰離子動力電池的性能提升起到重要推動作用。     目前已批量應(yīng)用于鋰電池的正極材料主要有鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰、鈷鎳錳酸鋰（三元材料）以及磷酸鐵鋰。     鈷酸鋰：研究始于1980 年，20 世紀(jì)90 年代開始進(jìn)入市場。它屬于α-NaFeO2型層狀巖鹽結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，是一種非常成熟的正極材料產(chǎn)品，目前占據(jù)鋰電池正極材料市場的主導(dǎo)地位。但由于其高昂的價(jià)格和較差的抗過充電性，使其使用壽命較短，而且鈷有放射性，不利于環(huán)保，因此發(fā)展受到限制。     鎳酸鋰：氧化鎳鋰的價(jià)格較鈷酸鋰便宜，理論能量密度達(dá)276mAh/g，但制作難度大，且安全性和穩(wěn)定性不佳。技術(shù)上采用摻雜Co、Mn、Al、F 等元素來提高其性能。由于提高鎳酸鋰技術(shù)研究需考察諸多參數(shù)，工作量大，目前的進(jìn)展緩慢。     錳酸鋰：錳資源豐富、價(jià)格便宜，而且安全性較高、易制備，成為鋰離子電池較為理想的正極材料。早先較常用的是尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn2O4，工作電壓較高，但理論容量不高，與電解質(zhì)的相容性不佳，材料在電解質(zhì)中會緩慢溶解。近年新發(fā)展起來層狀結(jié)構(gòu)的三價(jià)錳氧化物L(fēng)iMn2O4，其理論容量為286mAh/g，實(shí)際容量已達(dá)200mAh/g 左右，在理論容量和實(shí)際容量上都比LiMn2O4 大幅度提高，但仍然存在充放電過程中結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，以及較高工作溫度下的溶解問題。     鈷鎳錳酸鋰：即現(xiàn)在常說的三元材料，它融合了鈷酸鋰和錳酸鋰的優(yōu)點(diǎn)，在小型低功率電池和大功率動力電池上都有應(yīng)用。但該種電池的材料之一——鈷是一種貴金屬，價(jià)格波動大，對鈷酸鋰的價(jià)格影響較大。鈷處于價(jià)格高位時，三元材料價(jià)格較鈷酸鋰低，具有較強(qiáng)的市場競爭力；但鈷處于價(jià)格低位時，三元材料相較于鈷酸鋰的優(yōu)勢就大大減小。隨著性能更加優(yōu)異的磷酸鐵鋰的技術(shù)開發(fā)，三元材料大多被認(rèn)為是磷酸鐵鋰未大規(guī)模生產(chǎn)前的過渡材料。     磷酸鐵鋰：在所有的正極材料中，LiFePO4 正極材料做成的鋰離子電池在理論上是最便宜的。它的另一個特點(diǎn)是對環(huán)境無污染。此外，它在大電流放電率放電（5～10C 放電）、放電電壓平穩(wěn)性、安全性、壽命長等方面都比其它幾類材料好，是最被看好的電流輸出動力電池。目前A123 公司已能將磷酸鐵鋰正極材料制造成均勻的納米級超小顆粒，使顆粒和總表面積劇增，進(jìn)一步體高了磷酸鐵鋰電池的放電功率和穩(wěn)定性。