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目前正在使用和开发的锂电池正极材料中,以过渡金属氧化物所表现出的性能最佳,主要有:层状盐结构的钴酸锂、镍钴酸锂、镍锰酸锂和镍锰钴酸锂三元材料,尖晶石型的锰酸锂,橄榄石型的磷酸铁锂等锂锰氧化物。中国目前正极材料主要包括钴酸锂、三元材料、锰酸锂和磷酸铁锂。
钴酸锂依然是国内小型锂电领域正极材料的主力,三元材料和锰酸锂主要在小型锂电中应用,在电动自行车和电动工具中也有部分使用;磷酸铁锂目前主要使用在电动工具盒电动汽车领域。
钴酸锂由于具有生产工艺简单和电化学性能稳定等优势,所以最先实现商品化。同时由于钴酸锂具有工作电压高、充放电电压平稳,适合大电流充放电,比能量高、循环性能好等优点,在需要小型充电电池的领域中具有重要应用。
钴酸锂正极材料的缺点是价格昂贵,实际比容量仅为其理论容量的的50%左右;钴酸锂的循环寿命已达到1000次,但仍有待于进一步提高;此外钴酸锂的抗过充电性能较差,在较高充电电压下比容量迅速降低。目前中国的钴酸锂主要是中粒径为10-12微米的产品,各主要锂电正极材料企业也纷纷推出了中粒径在15-18微米的产品,未来钴酸锂会向高压实和高安全性的方向发展。
近几年来层状嵌锂多元过渡金属复合型正极材料发展迅速,尤其是含有钴镍锰三种元素的新型过渡金属嵌锂氧化物复合材料,这一方面是由于钴酸锂价格高导致的,另一方面国际市场的需求也是三元材料发展迅猛的另一动力。
由于中国企业越来越多的参与国际市场竞争,国际锂电企业的材料选择也直接影响到国内企业的选择。此种材料综合了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂三类材料的优点,形成了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂三相的共熔体系,且其综合性能优于任一的单组合化合物,存在明显的三元协同效应。
此类固溶体材料通常具有200mAh/g左右的放电容量,主要工作电压区间在2.5~4.6V之间,在充放电过程中,能保持层状结构的特征,避免了层状锰酸锂结构向尖晶石结构的转变。与钴酸锂比较,其具有比容量高、价格低、对环境友好、热稳定性高和安全性好等优势,具有广阔的市场前景。今后的发展将在制备方法上的创新、形态控制、表面修饰以及提高振实密度等方面深入。
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