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        行業新聞

        鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰和三元鋰電池正極材料的發展

        來源:存能電氣  日期:2019-11-07 15:10  瀏覽量:

          鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰和三元鋰電池正極材料的發展。正極材料是決定鋰離子電池性能的關鍵材料之一,也是目前商業化鋰離子電池中主要的鋰離子來源,其性能和價格對鋰離子電池的影響較大。目前研制成功并得到應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和鎳鈷鋁酸鋰等。

          鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰和三元鋰電池正極材料的發展

        鋰電池正極材料.jpg

          1、鈷酸鋰正極材料的發展

          鈷酸鋰由于具有生產工藝簡單和電化學性能穩定等優勢,最先實現商業化。并由于其具有放電電壓高、充放電電壓平穩、比能量高等優點,率先在電子消費品鋰電池領域中大量應用,并在消費類電子產品市場中占有非常大的市場份額,其銷售量也隨電子消費品的發展而快速增加。

          但是,鈷酸鋰也存在著成本高、環境友好性差、比容量利用率低、循環性能低以及安全性能差等缺點,隨著充電電壓的提高,鈷酸鋰材料會逐漸出現不可逆結構相變、表界面穩定性下降、安全性能下降等問題,限制了其實際應用。

          通常研究人員通過采用多種元素痕量摻雜的手段對鈷酸鋰材料進行改性,以提升其在高電壓充放電過程中的穩定性。因此,隨著技術的進步,多元金屬鋰復合氧化物被開發出來,并逐步在小型鋰電池正極材料中取代鈷酸鋰。

          2、磷酸鐵鋰正極材料的發展

          磷酸鋰具有良好的電化學性能和低電阻。主要優點是高額定電流和長循環壽命;良好的熱穩定性,增強了安全性和對濫用的容忍度。如果長時間保持在高電壓下,磷酸鋰對全部充電條件的耐受性更強,并且比其他鋰離子系統的應力更小。

          我國很多鋰電池廠商比較傾向于使用磷酸鐵鋰材料,被公認為是最有發展前景的鋰電池正極材料。但是,室溫環境下磷酸鐵鋰的電導率較低,對材料的需求量大,且理論容量也沒有達到一定高度。同時,由于磷酸鐵鋰的生產技術要求較高,很難在批量生產時保證其穩定性。

          從理論的角度來說,可以應用于鋰電池的材料較多,但是目前市場上使用量較大,不同正極材料生產的鋰電池價格、安全性、結構等都不同,而其中最為理想的是磷酸鐵鋰材料的鋰電池,不僅滿足人們使用鋰電池的需求,并且不會污染環境。

          3、錳酸鋰正極材料的發展

          與鈷酸鋰、鎳酸鋰等鋰電池正極材料相比,錳酸鋰的耐過充性、安全性都比較好,且錳原料豐富、無毒性、市場價格較低,是發展前景比較好的材料之一。

          錳酸鋰作為鋰電池正極材料的主要優點是錳原料豐富、安全性能高,并且價格較低,制備工藝比較簡單。缺點是其理論容量較低,在電解質中會隨著時間延長而逐漸溶解,也就是說與電解質之間缺少良好的相容性;如果鋰電池進行深度的充電和放電,則材料會出現晶格崎變,導致電池容量迅速降低。

          傳統認為錳酸鋰能量密度低、循環性能差的缺點已經有了很大改觀。表面修飾和摻雜能有效改性其電化學性能,表面修飾可有效地抑制錳的溶解和電解液分解。摻雜可有效抑制充放電過程中的效應。將表面修飾與摻雜結合無疑能進一步提高材料的電化學性能,相信會成為今后對尖晶石型錳酸鋰進行改性研究的方向之一。

          4、三元鋰電池正極材料的發展

          三元材料是與鈷酸鋰結構極為相似的鋰鎳鈷錳氧化物的俗稱,這種材料在比能量、循環性、安全性和成本方面可以進行均衡和調控。

          其具有容量更高、價格低廉、環境污染較小、安全性能較為穩定,并且在高溫環境下穩定性較高等優勢,市場發展前景更為廣闊。

          鈷酸鋰的價格較高,鋰電池的國際市場上對三元材料的需求大。三元材料中融合了錳酸鋰、鎳酸鋰和鈷酸鋰三種鋰電池正極材料的優點,形成三相共熔體系,并且其綜合性能要優于任何單一材料生產的鋰電池,存在三元協同作用的效果。

          相比其它正極材料,三元材料擁有更高的體積能量密度,這對于電池的小型化有重要作用。目前三元材料已成為我國正極材料增速最快和占比最大的材料。

          據統計,2018年全國正極材料出貨量中,三元材料13.7萬噸、磷酸鐵鋰5.6萬噸、鈷酸鋰5.4萬噸、錳酸鋰2.5萬噸。,三元材料在近幾年接替磷酸鐵鋰成為增速最快和出貨量占比最大的正極材料。

          目前整個正極材料行業處于供過于求的現狀,預期在未來幾年內這一現象仍然持續。未來哪種材料的技術難關率先被克服而實現大規模量產,哪種材料便能率先占領市場。

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