鋰離子電池正極材料的基本要求

第一，材料自身電位高，這樣才能與負(fù)極材料之間形成較大的電位差，帶來能量密度高的電芯設(shè)計(jì)；同時(shí)帶電離子嵌入脫出對(duì)電極電位影響小，則充放電過程，不會(huì)有過大的電壓波動(dòng)，不會(huì)給系統(tǒng)內(nèi)的其他電氣帶來不利影響。

第二，材料含鋰量高且鋰離子嵌入脫嵌可逆。這是高容量的前提。有些正極材料，理論容量很高，但是有一半的鋰離子，第一次嵌入以后就失去了活性。這樣的材料，是無法投入商用的。

第三，鋰離子擴(kuò)散系數(shù)大，鋰離子在材料內(nèi)部的移動(dòng)更迅速，嵌入和脫嵌的能力強(qiáng)。是影響電芯內(nèi)阻的因素，也是影響功率特性的因素。

第四，材料比表面積大，有大量的嵌鋰位置。表面積大，鋰離子電池的嵌入通道相對(duì)較短，則嵌入和脫嵌更容易。通道淺的同時(shí)，嵌鋰位置還要充足。

第五，與鋰離子電池電解液的相容性和熱穩(wěn)定性好，這點(diǎn)是出于安全性考慮。正極材料與電解液不容易發(fā)生反應(yīng)，以及在較高溫度下依然結(jié)構(gòu)穩(wěn)定并且仍然不易與電解液反應(yīng)。這樣的材質(zhì)，不會(huì)為電芯額外的熱積累供應(yīng)熱量，可以減少電芯進(jìn)入自生熱階段的概率。

第六，材料易得，且加工性能好。成本低，材料容易加工成電極，且電極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，是材料得到推廣應(yīng)用的有利條件。

不同的正極材料種類，決定了鋰離子電池充放電功率的大體范圍。材料的一些細(xì)節(jié)，作為輔助因素，也會(huì)對(duì)功率特性造成影響。比如，正極材料的晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，顆粒尺寸，摻雜原子，碳包覆工藝，材料的制備方法等。以上因素最終都是通過影響正極材料容納鋰離子的能力和脫嵌嵌入通道的通暢性來影響鋰離子電池的功率密度。

鋰離子電池正極材料種類

其包括正極材料、負(fù)極材料、電解液、隔膜和導(dǎo)電材料等。在某種情況下，衡量鋰離子電池正極材料的好壞，可以通過材料的氧化還原電位高低，鋰離子在正極材料中脫嵌的能力及其電導(dǎo)率等來判斷。

目前，研究最多的正極材料一般都是鋰的氧化物，比如：鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰、磷酸亞鐵鋰與三元材料等。

1.鈷酸鋰

鈷酸鋰是現(xiàn)階段商品化鋰離子電池中應(yīng)用最成功、最廣泛的正極材料。其理論容量為274mAh/g，實(shí)際容量140mAh/g左右，但也有報(bào)道實(shí)際容量已達(dá)到155mAh/g。該材料在可逆性、放電容量、充放電效率和電壓穩(wěn)定方面是比較好的。

2.鎳酸鋰

用于鋰離子電池正極材料的鎳酸鋰具有與鈷酸鋰類似的層狀結(jié)構(gòu)，其理論容量為274，實(shí)際可達(dá)200左右。該材料的重要優(yōu)點(diǎn)為：自放電率低，無污染，與多種電解質(zhì)有著良好的相容性，且價(jià)格相對(duì)便宜等，但是其制備條件相對(duì)苛刻。

3.鋰錳鋰

鋰錳鋰具有尖晶石結(jié)構(gòu)。其理論容量為148，實(shí)際容量為90~120，工作電壓為3~4。其重要優(yōu)點(diǎn)為：錳資源儲(chǔ)量豐富、價(jià)格便宜，易制備，且錳無毒，但是該材料在電解質(zhì)中會(huì)溶解，且相容性不理想。

4.磷酸鐵鋰

該材料具有橄欖石晶體結(jié)構(gòu)，其理論容量為170，通過表面修飾，實(shí)際容量可高達(dá)165，已經(jīng)非常接近理論容量，工作電壓范圍為3.4V左右。與以上正極材料相比，此材料具有更高的穩(wěn)定性、更安全、更環(huán)保且價(jià)格低廉，但是電容量不高。

5.三元材料

三元材料是鎳鈷錳鋰復(fù)合的正極材料，其中鎳鈷錳的比例是根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整的。三元材料相關(guān)于磷酸鐵鋰離子電池安全性更高，但是平臺(tái)太低。