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是什么決定了鋰電池材料正極的性能

2021-12-15 20:07:44

經過最近幾年的淘汰,當前動力電池市場上,主流的正極材料只剩下錳酸鋰,磷酸鐵鋰和三元鋰三種。它們各有所長,又有自己的缺點。隨著市場的發展,技術的進步,新材料的誕生,升級和淘汰仍然在進行中。

正極材料的安全性,能量密度和功率密度是當前不同車型對鋰電池類型做出取舍的基本依據。

1 對正極材料的基本要求

能夠得到廣泛應用的正極材料,必須滿足下列要求。

第 一,材料自身電位高,這樣才能與負極材料之間形成較大的電位差,帶來能量密度高的電芯設計;同時帶電離子嵌入脫出對電極電位影響小,則充放電過程,不會有過大的電壓波動,不會給系統內的其他電氣帶來不利影響。

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,是無法投入商用的。

錳酸鋰,磷酸鐵鋰,鋰電池類型

第三,鋰離子擴散系數大,鋰離子在材料內部的移動更迅速,嵌入和脫嵌的能力強。是影響電芯內阻的因素,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,鋰離子的嵌入通道相對較短,則嵌入和脫嵌更容易。通道淺的同時,嵌鋰位置還要充足。

第五,與電解液的相容性和熱穩定性好,這點是出于安全性考慮。正極材料與電解液不容易發生反應,以及在較高溫度下依然結構穩定并且仍然不易與電解液反應。這樣的材質,不會為電芯額外的熱積累提供熱量,可以減少電芯進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,且電極結構穩定,是材料得到推廣應用的有利條件。


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