【行业】锂电-发展新方向,产业化加速推进(52页)

理想的锂离子电池应具有较高的能量密度、功率密度,较好的循环性能及可靠的安全性。正极重量达到电池整体重量的38%以上,因此提升正极材料的比容量是提升电池整体容量的关键。实际上能够全面满足要求的正极材料体系并不多,目前也没有明确的理论可以指导正极材料的选择。主流的正极材料体系都是历史上由个别科学家提出,然后经过长期的研究开发使材料逐渐获得应用。

电池的能量密度是比容量与电压的乘积。而正极材料能量密度提升可以依托以下几种路径:1)提升比容量,如层状三元高镍材料、层状富锂锰材料;3)提升材料电压,如磷酸锰铁锂、高压钴酸锂、高压三元材料等;3)从材料形貌、材料粒度和极片工艺入手提高材料的压实密度。三元材料中镍元素能够提高正极比容量、锰元素能够提升正极的工作电压,因而其展现出显著优于磷酸铁锂材料的能量密度。

商业化使用的锂离子电池正极材料按结构主要分为以下三类:①层状晶体结构(钴酸锂、三元材料);②立方尖晶石晶体结构(锰酸锂);③正交橄榄石晶体结构的(磷酸铁锂等)。目前动力电池领域在主流应用材料为橄榄石结构的磷酸铁理和层状三元材料,主要考量是性能与成本的最优组合:尖晶石材料相对容量较低,同时高温下由于锰的溶解造成性能下降;层状材料中钴酸锂成本过高,LiNiO2存在安全问题,将Ni、Mn、Co三种材料组合起来,即为三元材料是当前高性能动力电池的主要选择,成本更具优势但能量密度较低的磷酸铁锂也是动力电池的另一大主流方向。

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