鋰電池正極是什么材料,我們可以把這個問題分為兩個方面,一種是常見的鋰電池正極材料,一種是不常見的鋰電池正極材料,一種是不常見的鋰電池正極材料
常見的鋰電池正極材料有四種
1:錳酸鋰
錳酸鋰中有兩種,一種為錳酸鋰正極材料,另外一種為高錳酸鋰正極材料,其元素完全一樣,通常我們都會使用改性的錳酸鋰也就是高錳酸鋰為正極材料,產品為尖晶石型,層狀型已經很少被看到.
高錳酸鋰制作的主要成為為碳酸鋰和EMD,看起主要成分就可以知道,高錳酸鋰對環境比較友好,而且安全性能比較高,但是卻循環性能不夠優異,如果循環性能增加到2000次左右,能量密度相應會降低到100mAh/g.所以這個度需要鋰電池工程師那邊進行定制要求.
2:鈷酸鋰
鈷酸鋰正極材料是一種鋰鈷氧化物,是一種灰黑色的粉末,通常的時候用在3C電子產品中比較常見,因為其有很高的壓實密度,達到4g/立方米,而且相對來說合成非常簡單,顧很多企業在選擇正極材料中選擇鈷酸鋰.
鈷酸鋰作為正極材料的時候有三種不同的狀態,分別為:層狀結構,尖晶石結構,巖鹽相結構,其能量密度在實驗狀態下可以達到270mAh/g.但是實際能量密度僅僅只能達到140mAh/g,而且目前鈷的資源有限,價格比較昂貴.
3:磷酸鐵鋰
磷酸鐵鋰是一種鋰鐵氧化物,有時候我們喜歡稱之為鐵鋰正極材料,是一種正交晶系橄欖石結構,這種結構的比容量真實值和理論值基本一致,在170mAh/g.
磷酸鐵鋰正極材料的主要使用者為比亞迪公司,因為磷酸鐵鋰的循環次數可以達到2000次,基本上制作成為的電池,每天充一次,一年充電360次,可以用接近7年時間,是目前比較完美的正極材料之一,而且磷酸鐵鋰正極材料還有一個好處就是對環境友好,無毒無害.
4:三元材料
三元材料分為兩種,其結構幾乎一致,這里就只拿一種出來作為案例,鎳鈷錳酸鋰正極材料,這種三元材料集合了鈷酸鋰的優勢,鎳酸鋰的優勢,錳酸鋰的優勢,將三者優勢都集為一身,但也是整體的穩定性有所降低.
三元材料最穩定的比例為鎳鈷錳的比例為1:1:1,這種架構是最穩定的,也可以寫成NCM111;其實三元結構以NCM523較為穩定,NCM622不夠穩定,NCM811相對比較活躍,目前在三元正極材料的研發上,日本和韓國暫時領先,國內的正極材料廠商在不斷追趕,預計在2020年,國內的正極材料與國外的正極材料能量密度,安全性能等等技術參數都可能趕超.
不常見的鋰電池正極材料有兩種
1:鎳酸鋰
說到鎳酸鋰,就不得不說鈷酸鋰,因為兩者的機構是一致的,所以其理論值在270mAh/g,但是她的實際容量值卻比鈷酸鋰的實際容量值高出70mAh/g,工作電壓也可以達到4.2伏,是比較理想的鋰電池正極材料,但是確在工業化過程中,其嚴苛的制備條件,導致了鎳酸鋰的成本增加厲害,而且制備的產品質量參差不齊,所以很少有企業愿意在鎳酸鋰上進行投資.
鎳酸鋰的優勢非常明顯,實際的單體能量密度大,環境友好,自放電低,相比價格也適中,是目前比較完美的正極材料之一,但是因為其致命的缺點,導致大批量生產瓶頸,另外還有熱穩定性差,溫度超過200℃的時候,鎳酸鋰就容易分解.這個也是生產帶來一定的不確定性.
2:鈦酸鋰
鈦酸鋰正極材料,這種正極材料比較特殊,不僅僅可以作為正極材料,而且同時還可以作為負極材料,因為其實一種"零張力"正極材料,這樣也讓她在循環損失占比極低,循環壽命夸張的延長,最新的數據顯示,鈦酸鋰的循環壽命可以達到2萬次以上,加入將鈦酸鋰正極材料利到小車中,每天沖有一次電的頻率,鈦酸鋰電池可以使用55年之久,這么好的正極材料為什么沒有大批量的生產呢?
其主要原因在于,鈦酸鋰能量密度低,充電次數頻繁,理論的比容量為175mAh/g,實際的比容量為160mAh/g,另外的原因是制作稱的鈦酸鋰電池會發生熱膨脹問題,另外還會發生長時間使用透氣問題.使得其市場前景有限,所以目前做鈦酸鋰正極材料的公司相對比較少,不是主流.
