鋰離子電池正極材料的基本要求

第一，材料自身電位高，這樣才能與負(fù)極材料之間形成較大的電位差，帶來(lái)能量密度高的電芯設(shè)計(jì)；同時(shí)帶電離子嵌入脫出對(duì)電極電位影響小，則充放電過(guò)程，不會(huì)有過(guò)大的電壓波動(dòng)，不會(huì)給系統(tǒng)內(nèi)的其他電氣帶來(lái)不利影響。

第二，材料含鋰量高且鋰離子嵌入脫嵌可逆。這是高容量的前提。有些正極材料，理論容量很高，但是有一半的鋰離子，第一次嵌入以后就失去了活性。這樣的材料，是無(wú)法投入商用的。

第三，鋰離子擴(kuò)散系數(shù)大，鋰離子在材料內(nèi)部的移動(dòng)更迅速，嵌入和脫嵌的能力強(qiáng)。是影響電芯內(nèi)阻的因素，也是影響功率特性的因素。

第四，材料比表面積大，有大量的嵌鋰位置。表面積大，鋰離子電池的嵌入通道相對(duì)較短，則嵌入和脫嵌更容易。通道淺的同時(shí)，嵌鋰位置還要充足。

第五，與鋰離子電池電解液的相容性和熱穩(wěn)定性好，這點(diǎn)是出于安全性考慮。正極材料與電解液不容易發(fā)生反應(yīng)，以及在較高溫度下依然結(jié)構(gòu)穩(wěn)定并且仍然不易與電解液反應(yīng)。這樣的材質(zhì)，不會(huì)為電芯額外的熱積累供應(yīng)熱量，可以減少電芯進(jìn)入自生熱階段的概率。

第六，材料易得，且加工性能好。成本低，材料容易加工成電極，且電極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，是材料得到推廣應(yīng)用的有利條件。

鋰離子電池正極材料的基本要求

不同的正極材料種類，決定了鋰離子電池充放電功率的大體范圍。材料的一些細(xì)節(jié)，作為輔助因素，也會(huì)對(duì)功率特性造成影響。比如，正極材料的晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，顆粒尺寸，摻雜原子，碳包覆工藝，材料的制備方法等。以上因素最終都是通過(guò)影響正極材料容納鋰離子的能力和脫嵌嵌入通道的通暢性來(lái)影響鋰離子電池的功率密度。

鋰離子電池正極材料種類

其包括正極材料、負(fù)極材料、電解液、隔膜和導(dǎo)電材料等。在某種情況下，衡量鋰離子電池正極材料的好壞，可以通過(guò)材料的氧化還原電位高低，鋰離子在正極材料中脫嵌的能力及其電導(dǎo)率等來(lái)判斷。

目前，研究最多的正極材料一般都是鋰的氧化物，比如：鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰、磷酸亞鐵鋰與三元材料等。

1.鈷酸鋰

鈷酸鋰是現(xiàn)階段商品化鋰離子電池中應(yīng)用最成功、最廣泛的正極材料。其理論容量為274mAh/g，實(shí)際容量140mAh/g左右，但也有報(bào)道實(shí)際容量已達(dá)到155mAh/g。該材料在可逆性、放電容量、充放電效率和電壓穩(wěn)定方面是比較好的。

2.鎳酸鋰

用于鋰離子電池正極材料的鎳酸鋰具有與鈷酸鋰類似的層狀結(jié)構(gòu)，其理論容量為274，實(shí)際可達(dá)200左右。該材料的重要優(yōu)點(diǎn)為：自放電率低，無(wú)污染，與多種電解質(zhì)有著良好的相容性，且價(jià)格相對(duì)便宜等，但是其制備條件相對(duì)苛刻。

3.鋰錳鋰

鋰錳鋰具有尖晶石結(jié)構(gòu)。其理論容量為148，實(shí)際容量為90~120，工作電壓為3~4。其重要優(yōu)點(diǎn)為：錳資源儲(chǔ)量豐富、價(jià)格便宜，易制備，且錳無(wú)毒，但是該材料在電解質(zhì)中會(huì)溶解，且相容性不理想。

4.磷酸鐵鋰

該材料具有橄欖石晶體結(jié)構(gòu)，其理論容量為170，通過(guò)表面修飾，實(shí)際容量可高達(dá)165，已經(jīng)非常接近理論容量，工作電壓范圍為3.4V左右。與以上正極材料相比，此材料具有更高的穩(wěn)定性、更安全、更環(huán)保且價(jià)格低廉，但是電容量不高。

5.三元材料

三元材料是鎳鈷錳鋰復(fù)合的正極材料，其中鎳鈷錳的比例是根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整的。三元材料相關(guān)于磷酸鐵鋰離子電池安全性更高，但是平臺(tái)太低。