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锂电池正极材料有哪些?

2020-06-02

导读:锂电池是现代主流电池的代表,主要构成材料包括电解液、隔离材料、正负极材料等,本文主要讲解锂电池正极材料有哪些。

 

锂离子电池的主要构成材料包括电解液、隔离材料、正负极材料等。正极材料占有较大比例(正负极材料的质量比为3: 1~41,因为正极材料的性能直接影响着锂离子电池的性能,其成本也直接决定电池成本高低。那么现如今市场上流通的锂电池正极材料有哪些呢?

 

正极材料是决定锂离子电池性能的关键材料之一,目前研制成功并得到应用的正极材料主要有钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、三元材料镍钴锰酸锂(NCM)和镍钴铝酸锂(NCA)等。

 

钴酸锂

 

钴酸锂是第一代商业化正极材料,在几十年的发展中逐渐改性和提高,可以认为是最成熟的锂离子电池正极材料。钴酸锂具有放电平台高、比容量较高、循环性能好、合成工艺简单等优点。但该材料含钴较多,成本较高。

 

钴酸锂理论容量高,但实际容量却只有理论的一半。原因是在充电过程中锂离子要从钴酸锂材料中脱出,但脱出量小于50%时,材料的形态和晶型可以保持稳定。随着锂离子脱出量增大至50%时,钴酸锂材料将发生相变,如果此时继续充电,钴将溶解在电解液中并产生氧气,严重影响电池循环稳定性和安全性能,因此一般的钴酸锂充电截止电压为4.2V


磷酸铁锂电池

 

磷酸铁锂

 

磷酸铁锂是目前广受关注的正极材料之一,理论比容量为170mAh/g,实际比容量可达150mAh/g以上。其主要特点是成本低廉,安全性非常好,循环寿命高,这些特点使得磷酸铁锂材料迅速成为研究热点,磷酸铁锂电池也在电动汽车领域有了广泛的应用。

 

磷酸铁锂的缺点为能量密度低。原因有两点:

 

一是磷酸铁锂材料的电压仅有3.3V左右,低于其他正极材料,这使得磷酸铁锂电池储存能量较低;二是磷酸铁锂导电性较差,需要纳米化并进行包覆才能获得良好的电化学性能,这使得材料变得蓬松,压实密度较低。两者综合作用,使得磷酸铁锂电池的能量密度低于钴酸锂和三元电池。因此磷酸铁锂电池主要应用于电动大巴车及少量乘用车中。

 

三元材料

 

三元材料是与钴酸锂结构极为相似的锂镍钴锰氧化物的俗称,这种材料在比能量、循环性、安全性和成本方面可以进行均衡和调控。镍钴锰三种元素的不同配置将为材料带来不同的性能:镍含量增加将增加材料的容量,但会使循环性能变差;钴的存在可使材料结构更加稳定,但含量过高会使容量降低;锰的存在可以降低成本并改善安全性能,但含量过高则会破坏材料的层状结构,因此找到三种材料的比例关系以达到综合性能最优化,是三元材料研发的重点。

 

以上就是磷酸铁锂电池厂家格瑞普为大家带来的锂电池正极材料有哪些介绍。

 

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