鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:2056次 | 2018年05月13日
通過詳細(xì)分析,如何選擇鋰離子電池的正極材料?
鋰離子電池在使用的過程中,能夠進(jìn)行二次充電,屬于一種二次可充電電池,主要工作原理為鋰離子在正負(fù)極之間的反復(fù)移動(dòng),無論電池的形狀如何,其主要組成部分都為電解液、正極片、負(fù)極片以及隔膜。目前,國際上鋰離子電池的生產(chǎn)地主要集中在中國、日本和韓國,主要的鋰離子應(yīng)用市場為手機(jī)和電腦。隨著鋰離子電池的不斷發(fā)展,應(yīng)用領(lǐng)域也在逐漸的擴(kuò)大,其在正極材料的使用方面已經(jīng)由單一化向多元化的方向轉(zhuǎn)變,其中包括:橄欖石型磷酸亞鐵鋰、層狀鈷酸鋰、尖晶石型錳酸鋰等等,實(shí)現(xiàn)多種材料的并存。
從技術(shù)發(fā)展方面能夠看出,在日后的發(fā)展中還會(huì)產(chǎn)生更多新型的正極材料。對(duì)于動(dòng)力電池的正極材料來說,其在成本費(fèi)用、安全性能、循環(huán)能力以及能量密度等多個(gè)方面都具有較為嚴(yán)格的要求。在應(yīng)用材料領(lǐng)域中,由于鈷酸鋰的費(fèi)用較高、安全性較低,因此在具體的使用中通常適用于普通消費(fèi)類電池,難以符合動(dòng)力電池的相關(guān)要求。而上述列舉的其他材料均已在目前的動(dòng)力電池中得到了充分的利用。
鋰離子電池正極材料
1、鈷酸鋰作為正極材料,被應(yīng)用的時(shí)間最早,并且直至目前仍然屬于消費(fèi)電子產(chǎn)品中居于主流的正極材料。鈷酸鋰與其他正極材料相比較能夠看出,其工作過程中電壓較高,充電或者放電時(shí)電壓運(yùn)行較為平穩(wěn),能夠符合大電流的要求,具有較強(qiáng)的循環(huán)性能,電導(dǎo)效率較高,材料以及電池等工藝較為穩(wěn)定。但是其也存在許多缺點(diǎn),例如資源較為短缺,價(jià)格較貴,鈷含有毒性,使用時(shí)具有一定的危險(xiǎn),并且會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不良影響。尤其是其安全性不能得到切實(shí)的保障,這將成為制約其廣泛發(fā)展的重要因素。在對(duì)其進(jìn)行的研究中,以Al3+、Mg2+、Ni2+等金屬陽離子摻雜最為廣泛,隨著科研的不斷推進(jìn),目前采用Al3+與Mg2+等金屬陽離子摻雜形式更是已開始投入使用。在鈷酸鋰的制備方面,主要包括兩種方法,即固相合成法以及液相合成法。在工業(yè)中普遍使用的是高溫固相合成法,它主要利用鋰鹽,例如Li2CO3或LiOH等,與鈷鹽如CoCO3等,按照1:1的比例進(jìn)行融合,并且在600℃至900℃高溫的狀態(tài)下進(jìn)行煅燒而形成。目前市場中對(duì)鈷酸鋰材料的應(yīng)用主要為二次電池市場當(dāng)中,并且也成為小型高密度鋰離子電池材料的最佳選擇。
2、三元正極材料具有較為顯著的三元協(xié)同效應(yīng),其與鈷酸鋰相比較能夠看出,在熱穩(wěn)定性方面存在較大的優(yōu)勢,并且生產(chǎn)成本較為低廉,能夠成為鈷酸鋰最佳代替材料。但是其密度較低、循環(huán)性能方面也有待提高。對(duì)此,可以采用改進(jìn)合成工藝以及離子摻雜等進(jìn)行調(diào)整。三元材料主要應(yīng)用于鋼殼、鋁殼等圓柱形鋰離子電池當(dāng)中,但在軟包電池中由于受到膨脹因素影響,使其的應(yīng)用受到較大限制。在未來的應(yīng)用中,其發(fā)展方向主要有兩個(gè)方面:第一,向著高錳方向,主要在藍(lán)牙、手機(jī)等小型便攜式設(shè)備方面發(fā)展。第二,向著高鎳方向,主要在電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車等對(duì)能量密度需求較高的領(lǐng)域中進(jìn)行應(yīng)用。
3、磷酸亞鐵鋰在充電和放電方面具有良好的循環(huán)性能以及熱穩(wěn)定性,在使用過程中具有較強(qiáng)的安全保障,并且該材料綠色環(huán)保,不會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的損害,同時(shí)價(jià)格也較為低廉,被我國電池工業(yè)認(rèn)為是進(jìn)行大型電池模塊生產(chǎn)的最佳材料。目前的主要應(yīng)用領(lǐng)域有:電動(dòng)汽車、便攜式移動(dòng)充電電源等,在未來發(fā)展中將會(huì)朝著儲(chǔ)能電源、便攜式電源方向深入發(fā)展。
4、錳酸鋰在應(yīng)用中具有較強(qiáng)的安全性以及抗過充性,由于我國錳資源較為豐富,因此價(jià)格較為低廉,對(duì)環(huán)境的污染較小,無毒無害,工業(yè)制備操作較為簡便。但是其在充電或者放電過程中,由于尖晶石結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,容易產(chǎn)生Jahn-Teller效應(yīng),再加上高溫狀態(tài)下錳的溶解,容易縮減電池容量,因此其應(yīng)用也受到了較大的限制。目前,錳酸鋰的應(yīng)用范圍主要是小型電池,例如手機(jī)、數(shù)碼產(chǎn)品等,在動(dòng)力電池方面與磷酸鐵鋰能夠互為替代,因此產(chǎn)生了強(qiáng)烈的競爭,其發(fā)展方向?qū)?huì)向著高能量、高密度、低成本的趨勢發(fā)展。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
鋰離子電池產(chǎn)品呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,智能手機(jī)、電腦等產(chǎn)品得到廣泛的應(yīng)用,這將使得對(duì)鋰離子電池的需求量變大,為其帶來較大的發(fā)展機(jī)遇。同時(shí),車載鋰離子以及儲(chǔ)能電源等也逐漸得到發(fā)展,為鋰離子電池提供了新的增長點(diǎn)。由此可見,在未來的發(fā)展中,必會(huì)加強(qiáng)對(duì)此方面的研究力度,使鋰離子電池的作用發(fā)揮到更大,這也將帶動(dòng)其電池材料不斷得到更新?lián)Q代。