鉅大LARGE | 點擊量：1275次 | 2019年03月14日
使能量密度提高80%的日本新型鋰電正極材料MF-18
2月27日開幕的日本智能能源周上，日本水素株式會社技術(shù)總監(jiān)夏曉明向記者展示了鋰電池新型正極材料“MF-18”。這種新型化合物是利用混合前體同沉積方法合成的納米級材料。目前車用鋰電池最好的三元電極材料是NCM（鎳鈷錳）和NCA（鎳鈷鋁）。而新型正極材料“MF-18”具有安全、高能量密度、低溫性能好的優(yōu)點，可使目前鋰電池的能量密度提高80%，在零下50攝氏度環(huán)境下充放電仍能達到75%水平。性能超過以往所有正極材料。
正極材料是決定鋰離子電池性能的關(guān)鍵材料之一，也是目前商業(yè)化鋰離子電池中主要的鋰離子來源，其性能和價袼對鋰離子電池的影響較大。目前研制成功并得到應(yīng)用的正極材料主要有鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、三元材料鎳鈷錳酸鋰(NCM)和鎳鈷鋁酸鋰(NCA)等。
鈷酸鋰(LCO)：適合小型電池，實際容量不高
鈷酸鋰是第一代商業(yè)化正極材料，在幾十年的發(fā)展中逐漸改性和提高，可以認為是最成熟的鋰離子電池正極材料。鈷酸鋰具有放電平臺高、比容量較高、循環(huán)性能好、合成工藝簡單等優(yōu)點。但該材料含鈷較多，成本較高。
鈷酸鋰仍是小型鋰電池的最佳選擇。目前在3C電子電池中，大多數(shù)仍使用鈷酸鋰而并非比容量更高的三元材料，原因是鈷酸鋰材料的壓實密度大于三元材料，即單位體積內(nèi)能容納的鈷酸鋰量更多。在更為重視體積密度的小型電池中，鈷酸鋰占有著一席之地。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
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%
鈷酸鋰理論容量高，但實際容量卻只有理論的一半。原因是在充電過程中鋰離子要從鈷酸鋰材料中脫出，但脫出量小于50%時，材料的形態(tài)和晶型可以保持穩(wěn)定。隨著鋰離子脫出量增大至50%時，鈷酸鋰材料將發(fā)生相變，如果此時繼續(xù)充電，鈷將溶解在電解液中并產(chǎn)生氧氣，嚴重影響電池循環(huán)穩(wěn)定性和安全性能，因此一般的鈷酸鋰充電截止電壓為4.2V。
磷酸鐵鋰(LFP):能量密度低，安全性突出
磷酸鐵鋰是目前廣受關(guān)注的正極材料之一，理論比容量為170mAh/g,實際比容量可達150mAh/g以上。其主要特點是成本低廉，安全性非常好，循環(huán)壽命高，這些特點使得磷酸鐵鋰材料迅速成為研究熱點，磷酸鐵鋰電池也在電動汽車領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用。
磷酸鐵鋰的缺點也較為明顯，即能量密度低。原因有兩點：
一是磷酸鐵鋰材料的電壓僅有3.3V左右，低于其他正極材料，這使得磷酸鐵鋰電池儲存能量較低;二是磷酸鐵鋰導電性較差，需要納米化并進行包覆才能獲得良好的電化學性能，這使得材料變得蓬松，壓實密度較低。兩者綜合作用，使得磷酸鐵鋰電池的能量密度低于鈷酸鋰和三元電池。因此磷酸鐵鋰電池主要應(yīng)用于電動大巴車及少量乘用車中。
磷酸鐵是否近期將被淘汰?近期新能源汽車安全事故頻發(fā)，被認為將很快被三元材料取代的磷酸鐵鋰再次進入人們的視野，人們希望通過對磷酸鐵鋰進行改性提高其容量。目前已有學者通過在磷酸鐵鋰中摻入Mn元素使其擁有更高的電壓和更高的能量密度，也有相關(guān)研究通過復合技術(shù)將磷酸鐵鋰與NCM三元材料進行混合，在保持三元素電池較高能量密度的同時可以有效提升其安全性能。
三元材料(NCM、NCA)：性能可調(diào)控
三元材料是與鈷酸鋰結(jié)構(gòu)極為相似的鋰鎳鈷錳氧化物(LiNixCoyMn1-x-y02)的俗稱，這種材料在比能量、循環(huán)性、安全性和成本方面可以進行均衡和調(diào)控。鎳鈷錳三種元素的不同配置將為材料帶來不同的性能：鎳含量增加將增加材料的容量，但會使循環(huán)性能變差;鈷的存在可使材料結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，但含量過高會使容量降低;錳的存在可以降低成本并改善安全性能，但含量過高則會破壞材料的層狀結(jié)構(gòu)，因此找到三種材料的比例關(guān)系以達到綜合性能最優(yōu)化，是三元材料研發(fā)的重點。常見配比有NCM111、523、622、811等。NCA(LiNio.8C0015Ah0502)則是將其中的錳元素用鋁元素來替代，一定程度上改善材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，但其鋁含量較少，可近似看成是一種二元材料。
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