鋰電池各種正極材料性能比較
信息來源:本站 | 發(fā)布日期:
2016-04-18
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鋰離子動(dòng)力電池是目前^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^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(duì)鋰離子動(dòng)力電池的性能提升起到重要推動(dòng)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(huì)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(dòng)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(dòng)大,對(duì)鈷酸鋰的價(jià)格影響較大。鈷處于價(jià)格高位時(shí),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(shí),三元材料相較于鈷酸鋰的優(yōu)勢(shì)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^便宜的。它的另一個(gè)特點(diǎn)是對(duì)環(huán)境^。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^被看好的電流輸出動(dòng)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(jí)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。