鋰電池的效能主要取決於所用電池內部材料的結構和效能。介紹一下鋰電池主要正極鈷酸鋰，鎳酸鋰，錳酸鋰，磷酸鐵鋰和釩的氧化物等。
鋰電池的效能主要取決於所用電池內部材料的結構和效能。這些電池內部材料包括正極材料、負極材料、電解液、隔膜和導電材料等。其中正、負極材料的選擇和質量直接決定鋰電池的效能與**。
因此廉價、高效能的正、負極材料的研究一直是鋰電池行業發展的重點。負極材料一般選用碳材料，目前的發展比較成熟。而正極材料的開發已經成為制約鋰電池效能進一步提高、**進一步降低的重要因素。
在目前的商業化生產的鋰電池中，正極材料的成本大約佔整個電池成本的40％左右，正極材料**的降低直接決定著鋰電池**的降低。對鋰動力電池尤其如此。比如一塊手機用的小型鋰電池大約只需要5克左右的正極材料，而驅動一輛電動汽車用的鋰動力電池可能需要高達500千克的正極材料。
衡量鋰電池正極材料的好壞，大致可以從以下幾個方面進行評估：
（1）正極材料應有較高的氧化還原電位，從而使電池有較高的輸出電壓；
（2）鋰離子能夠在正極材料中大量的可逆地嵌入和脫嵌，以使電池有高的容量；
（3）在鋰離子嵌入/脫嵌過程中，正極材料的結構應盡可能不發生變化或小發生變化，以保證電池良好的迴圈效能；
（4）正極的氧化還原電位在鋰離子的嵌入/脫嵌過程中變化應盡可能小，使電池的電壓不會發生顯著變化，以保證電池平穩地充電和放電；
（5）正極材料應有較高的電導率，能使電池大電流地充電和放電；
（6）正極不與電解質等發生化學反應；
（7）鋰離子在電極材料中應有較大的擴散係數，便於電池快速充電和放電；
（8）**便宜，對環境無汙染。
鋰電池正極材料一般都是鋰的氧化物。研究得比較多的有鈷酸鋰，鎳酸鋰，錳酸鋰，磷酸鐵鋰和釩的氧化物等。導電聚合物正極材料也引起了人們的極大興趣。
1、鈷酸鋰
在目前商業化的鋰電池中基本上選用層狀結構的鈷酸鋰作為正極材料。其理論容量為274mah/g，實際容量為140mah/g左右，也有報道實際容量已達 155mah/g。該正極材料的主要優點為：
工作電壓較高（平均工作電壓為3.7v）、充放電電壓平穩，適合大電流充放電，比能量高、迴圈效能好，電導率高，生產工藝簡單、容易製備等。
主要缺點為：**昂貴，抗過充電性較差，迴圈效能有待進一步提高。
2、鎳酸鋰
用於鋰電池正極材料的鎳酸鋰具有與鈷酸鋰類似的層狀結構。其理論容量為274mah/g，實際容量已達190mah/g～210mah/g。工作電壓範圍為2.
5～4.2v。該正極材料的主要優點為：
自放電率低，無汙染，與多種電解質有著良好的相容性，與鈷酸鋰相比**便宜等。但鎳酸鋰具有致命的缺點：鎳酸鋰的製備條件非常苛刻，這給鎳酸鋰的商業化生產帶來相當大的困難；鎳酸鋰的熱穩定性差，在同等條件下與鈷酸鋰和錳酸鋰正極材料相比，鎳酸鋰的熱分解溫度最低（200℃左右），且放熱量最多，這對電池帶來很大的安全隱患；鎳酸鋰在充放電過程中容易發生結構變化，使電池的迴圈效能變差。
這些缺點使得鎳酸鋰作為鋰電池的正極材料還有一段相當的路要走。
3、錳酸鋰
用於鋰電池正極材料的錳酸鋰具有尖晶石結構。其理論容量為148 mah/g，實際容量為90～120 mah/g。工作電壓範圍為3～4v。
該正極材料的主要優點為：錳資源豐富、**便宜，安全性高，比較容易製備。缺點是理論容量不高；材料在電解質中會緩慢溶解，即與電解質的相容性不太好；在深度充放電的過程中，材料容易發生晶格崎變，造成電池容量迅速衰減，特別是在較高溫度下使用時更是如此。
為了克服以上缺點，近年新發展起來了一種層狀結構的三價錳氧化物limno2。該正極材料的理論容量為286 mah/g，實際容量為已達200 mah/g左右。工作電壓範圍為3～4.
5v。雖然與尖晶石結構的錳酸鋰
相比，limno2在理論容量和實際容量兩個方面都有較大幅度的提高，但仍然存在充放電過程中結構不穩定性問題。在充放電過程中晶體結構在層狀結構與尖晶石結構之間反覆變化，從而引起電極體積的反覆膨脹和收縮，導致電池迴圈效能變壞。而且limno2也存在較高工作溫度下的溶解問題。
解決這些問題的辦法是對limno2進行摻雜和表面修飾。目前已經取得可喜進展。
4、磷酸鐵鋰
該材料具有橄欖石晶體結構，是近年來研究的熱門鋰電池正極材料之一。其理論容量為170 mah/g，在沒有摻雜改性時其實際容量已高達110 mah/g。通過對磷酸鐵鋰進行表面修飾，其實際容量可高達165 mah/g，已經非常接近理論容量。
工作電壓範圍為3.4v左右。與以上介紹的正極材料相比，磷酸鐵鋰具有高穩定性、更安全、更環保並且**低廉。
磷酸鐵鋰的主要缺點是理論容量不高，室溫電導率低。基於以上原因，磷酸鐵鋰在大型鋰電池方面有非常好的應用前景。但要在整個鋰電池領域顯示出強大的市場競爭力，磷酸鐵鋰卻面臨以下不利因素：
（1）來自limn2o4、limno2、linimo2正極材料的低成本競爭；
（2）在不同的應用領域人們可能會優先選擇更適合的特定電池材料；
（3）磷酸鐵鋰的電池容量不高；
（4）在高技術領域人們更關注的可能不是成本而是效能，如應用於手機與膝上型電腦；
（5）磷酸鐵鋰急需提高其在1c速度下深度放電時的導電能力，以此提高其比容量。
（6）在安全性方面，鈷酸鋰代表著目前工業界的安全標準，而且鎳酸鋰的安全性也已經有了大幅度的提高，只有磷酸鐵鋰表現出更高的安全效能，尤其是在電動汽車等方面的應用，才能保證其在安全方面的充分競爭優勢。
儘管從理論上能夠用作鋰電池正極材料種類很多，但目前在商業化生產的鋰電池中最廣泛使用的正極材料仍然是鈷酸鋰。層狀結構的鎳酸鋰雖然比鈷酸鋰具有更高的比容量，但由於它的熱分解反應導致的結構變化和安全性問題，使得直接應用鎳酸鋰作為正極材料還有相當的距離。但用co部分取代ni獲得安全性較高的 lini1-xcoxo2來作為正極材料可能是將來乙個重要的發展方向。
尖晶石結構的錳酸鋰和層狀結構的limno2由於原材料資源豐富、**優勢明顯、安全效能高而被認為是極具市場競爭力的正極候選材料之一。但其存在的充放電過程中結構不穩定性問題將是將來的重要研究課題。具有橄欖石結構的磷酸鐵鋰目前的實際放電容量已達理論容量的95％左右，並且具有**便宜、安全性高、結構穩定、無環境汙染等優點，被認為是大型鋰電池中極有理想的正極材料
發表於 2007-9-15 10:28 |只看該作者
隨著鋰離子電動車在北京、上海、蘇州、杭州等國內大中城市的熱銷，越來越多的電動車廠商開始上馬鋰電車專案,然而，選擇什麼樣的鋰電池成為他們面臨的首要問題。雖然鋰電池的保護電路已經比較成熟，但對動力電池而言，要真正保證安全，正極材料的選擇十分關鍵。目前，在鋰離子電池中使用量最多的正極材料有以下幾種：
鈷酸鋰（licoo2），錳酸鋰（limn2o4），鎳鈷錳酸鋰（licoxniymnzo2）以及磷酸鐵鋰（lifepo4）。究竟選擇哪種正極材料的鋰電池？下文會做詳細地分析。
圖1測試鋰離子電池的安全問題，過充（指充電電壓超過其充電截止電壓，對鋰離子電池來說，一般可以將10v/節定為過充電壓）是乙個很好的方法。談到過充，我們應該首先了解一下鋰離子電池的充電原理（如圖1所示）。鋰離子電池的充電過程是li+從正極跑出來，通過電解液遊到負極並得到電子，嵌入到負極材料中，而放電的過程則相反。
衡量正極材料安全性主要考驗：
a：容不容易在充電時形成枝晶。
鋰離子電池的充電過程就是li+從正極跑出來，通過電解液遊到負極被還原並嵌入到負極材料中；放電的過程則相反，負極材料中的鋰被氧化，通過電解液，嵌入正極材料。
基於迴圈性地考慮，鈷酸鋰（licoo2 ）材料的實際使用容量只有其理論容量的二分之一，即使用鈷酸鋰作為正極材料的鋰離子電池在正常充電結束後（即充電至截止電壓4.2 v左右），licoo2正極材料中的li+將還有剩餘。可用以下的簡式表示：
licoo2→0.5li+li0.5coo2 （正常充電結束）。
此時如果充電電壓繼續公升高，那麼licoo2正極材料中的剩餘的li+將會繼續脫嵌，遊向負極，而此時負極材料中能容納li+的位置已被填滿，li+只能以金屬的形式在其表面析出。一方面，金屬鋰的表面沉積非常容易聚結成枝杈狀鋰枝晶，從而刺穿隔膜，造成正負極直接短路；另外，金屬鋰非常活潑，會直接和電解液反應放熱；同時，金屬鋰的熔斷相當低，即使表面金屬鋰枝晶沒有刺穿隔膜，只要溫度稍高，比如由於放電引起的電池公升溫，金屬鋰將會熔解，從而將正負極短路，造成安全事故。總之，鈷酸鋰材料在充電電壓過高的時候，比如說保護板失效的情況下，存在極大的安全隱患，而動力鋰離子電池的容量高，造成的破壞性將非常大。
鎳鈷錳酸鋰（licoxniymnzo2）和鈷酸鋰一樣，為保證其迴圈性，
實際的使用容量也遠低於其理論容量，在充電電壓過高的情況下，存在內部短路的安全隱患。
與之不同的是，錳酸鋰（limn2o4 ）電池在正常充電結束後，所有的li+都已經從正極嵌入了負極。反應式可寫作：limn2o4→li + 2mno2 。
此時，即使電池進入了過充狀態，正極材料已沒有li+可以脫嵌，因此完全避免了金屬鋰的析出進而減少了電池內部短路的隱患，增強了安全性。
b：氧化-還原溫度。
氧化溫度是指材料發生氧化還原放熱反應的溫度，是衡量材料氧化能力的重要指標，溫度越高表明其氧化能力越弱。下表列出了主要的四種正極材料的氧化放熱溫度：
從表中可以看出，鈷酸鋰（包括鎳鈷錳酸鋰）很活潑，具有很強的氧化性。由於鋰離子電池的電壓高，因此使用的是非水的有機電解質，這些有機電解質具有還原性，會和正極材料發生氧化還原反應並釋放熱量，正極材料的氧化能力越強，其發生反應就越劇烈，越容易引起安全事故。而錳酸鋰和磷酸鐵鋰具有較高的氧化還原放熱穩定，其氧化性弱，或者說熱穩定要遠優於鈷酸鋰和鎳鈷酸鋰，具有更好的安全性。
由上述綜合表現可知：鈷酸鋰（licoo2）是極不適合用在動力型鋰離子電池領域的；錳酸鋰（limn2o4）和磷酸鐵鋰（lifepo4）為正極材料的鋰電池的安全性是國內外公認的。
蘇州星恆電源****使用經過表面奈米包覆處理的錳酸鋰作為正極材料，表面改性後的錳酸鋰的氧化性降低，從而能進一步提高安全性。
磷酸鐵鋰不是主流的正極材料
動力型鋰離子電池要求能夠高倍率充放電，即大電流、短時間放出電能；動力鋰離子電池的另乙個要求是低溫效能。從材料本身看來，磷酸鐵鋰目前還不能兼顧大電流放電、低溫效能和輕便小巧的要求。
1. 從材料特性上看
1)磷酸鐵鋰的能量密度比較低，導致生產出來的電池體積較大，重量較沉；
2)磷酸鐵鋰材料的電子電導低，必須加入碳黑或進行改性才能夠提高電導率，但這樣又會導致體積變大，增加電解液；
3)磷酸鐵鋰材料在低溫情況下電子電導更低，其低溫效能是其應用於動力電池的另一障礙。
目前，美國valence科技、a123公司和加拿大phostech公司等國際級大公司能夠提供磷酸鐵鋰的樣品和電池，但這些樣品與目前成熟的錳酸鋰相比，電壓、密度、大電流和低溫效能都相差較多。有一資料可表明，以磷酸鐵鋰為正極的18650電池的容量僅能達到1300mah/g ；
2. 從技術成熟度上看
由於安全性過關，磷酸鹽是鋰電池正極材料的發展趨勢。但由於磷酸鐵鋰與鋰離子電池的應用時間遠遠短於鈷酸鋰和錳酸鋰，還停留在產品應用的初級階段，需要經歷乙個由小到大的發展過程，所以目前不可能成為動力型鋰離子電池的主流正極材料。
3. 從電池成本上看
磷酸鐵鋰的製造需要碳酸鋰做主要材料，還需要氬氣與氮氣等保護氣，製造成本很大。目前國際市場最好的磷酸鐵鋰**是30多萬元/噸，但產量很小，批量不穩定；國內的**是在15-16萬元/噸，在未來的3-5年之內，磷酸鐵鋰的**會居高不下，目前，錳酸鋰的**是8-10萬元/噸。
4. 從實現批量生產的可行性上看
正極材料的成本只是電池成本的一部分，正極材料的**下降不會給電池整體成本帶來本質的影響。在電池的生產製造中，正極材料僅佔原材料中的 15%-20%，還需要考慮電解液、製造工藝，良品率低
等問題，其中，磷酸鐵鋰電池製造工藝問題還有待解決。目前，從試驗室中是能夠做出動力磷酸鐵鋰電池，但磷酸鐵鋰的材料穩定性差，材料工藝比較複雜，塗膜難，製備過程難，進入批量生產尚需時日。綜上所述，磷酸鐵鋰無論在技術成熟度、效能、成本、製造工藝方面都存在缺陷，儘管不失為未來研發的乙個選擇，但不適合現階段的市場應用。
錳酸鋰得到國內外領先製造商的一致認同
1. 技術成熟，安全有保障。
錳酸鋰的安全性已經毋庸置疑，蘇州星恆電源****開發的改性錳酸鋰在容量和迴圈效能上表現更優異。同時，採用錳酸鋰作為正極材料的星恆產品還是國內第乙個應用於電動汽車的高功率鋰離子電池。在國家「863」計畫電動汽車重大專項組的統一測試中，星恆的安全性、迴圈、高低溫效能等測試全部過關，成為唯一的入菜單位。
下圖為55℃時，星恆改性錳酸鋰電池的容量迴圈衰減圖，此圖表明：星恆的改性錳酸鋰在高溫55℃下仍具有良好的迴圈效能。充放電迴圈200次後，容量保持率仍達到90％以上，顯示出優異的高溫迴圈穩定性與結構穩定性，可以滿足電動自行車用動力型鋰離子電池高溫環境下的使用要求。
鋰電池正極材料
發布的 2013 2017年中國鋰電池正極材料行業發展前景與投資 分析報告 1 顯示，目前已經市場化的鋰電池正極材料包括鈷酸鋰 錳酸鋰 磷酸鐵鋰和三元材料等產品。2 隨著我國經濟的快速發展，對電池新材料需求的不斷增加，再加上手機 膝上型電腦 數位相機 攝像機 汽車等產品對新型 高效 環保電池材料的強...
四種主要的鋰電池正極材料
licoo2 鋰離子從licoo2中可逆脫嵌量最多為0.5單元.li1 xcoo2在x 0.5附近發生可逆相變，從三方對稱性轉變為單斜對稱性。該轉變是由於鋰離子在離散的晶體位置發生有序化而產生的，並伴隨晶體常數的細微變化。但是，也有人在x 0.5附近沒有觀察到這種可逆相變。當x 0.5時，li1 x...
2023年鋰電池正極材料深度分析報告
此文件為word格式，可任意修改編輯！2017年8月 正文目錄 圖表目錄 鋰離子電池產業鏈包括正極材料 負極材料 隔膜 電解質 電芯製造與電池封裝5個環節，其中正極材料約佔成本的30 40 同時正極材料的效能是制約鋰離子電池容量進一步提高的關鍵因素。正極材料相較於負極材料，容量較低。目前，工業化正極...