什么決定了鋰電池正極材料的安全性

來源：存能電氣  日期：2019-05-01 10:53  瀏覽量：次

　　什么決定了鋰電池正極材料的安全性？正極材料的安全性，能量密度和功率密度是當(dāng)前不同車型對鋰電池類型做出取舍的基本依據(jù)。正極材料決定了鋰電池的能量密度、壽命和安全性等指標(biāo)，占鋰電池成本的30%左右。

　　什么決定了鋰電池正極材料的安全性？

　　一般的正極材料，鋰離子含量都會大于負(fù)極材料離子容量，目的是提高鋰電池的功率特性和循環(huán)性。材料的熱穩(wěn)定溫度越高，說明材料的氧化能力越弱，材料越安全，確保正極材料與電解液不發(fā)生反應(yīng)的因素主要依靠正極材料自身的熱穩(wěn)定性和與電解液的相容性。

　　◆電芯能量密度

　　每種鋰電池正極材料都有其理論能量密度，選擇了一種正極材料，就選擇了電芯能量密度的上限。正極材料的用量設(shè)計和加工制作過程中的振實密度也對電芯成品的能量密度產(chǎn)生影響。

　　◆電芯功率密度

　　不同的正極材料種類，決定了鋰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，也會對功率特性造成影響。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影響鋰電池的功率密度。

　　◆電芯循環(huán)壽命

　　影響鋰電芯循環(huán)壽命的因素很多，與正極材料相關(guān)的，主要有正極材料活性物質(zhì)在循環(huán)使用中的損耗，以及充放電過程中，材料結(jié)構(gòu)的崩壞引發(fā)的正極容納鋰離子能力的衰減。而正極材料中的雜質(zhì)成分，比如單質(zhì)鐵和三價鐵，都會與電解液相互作用，產(chǎn)生不良副反應(yīng)，或者造成內(nèi)部微短路。

　　鋰電池對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，帶來能量密度高的電芯設(shè)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(tǒng)內(nèi)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。

　　第三，鋰離子擴(kuò)散系數(shù)大，鋰離子在材料內(nèi)部的移動更迅速，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(wěn)定性好，這點是出于安全性考慮。鋰電池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)，不會為電芯額外的熱積累提供熱量，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。

　　鋰電池正極材料價格趨勢

　　說到鋰電池正極材料價格,我們第一個會想到的就是鋰電池價格,其實鋰離子正極材料價格占比鋰電池中的重要一環(huán),經(jīng)過計算,預(yù)計鋰電池正極材料價格占比約25%~35%之間,根據(jù)不同的公司不同的配比,其比例也不盡相同。

　　不同的鋰電池其中的正極材料不同,有磷酸鐵鋰,錳酸鋰,鈷酸鋰,鎳鈷錳酸鋰,鎳鈷鋁酸鋰,其中添加的正極材料不同,其價格也不一樣。2016年三元鋰電池材料大概的價格在16萬元/噸,鈷酸鋰的價格大約在19萬元/噸,錳酸鋰的價格大約在5萬元/噸,磷酸鐵鋰電池的價格在11萬元/噸。

　　2017年三元材料價格在20萬元/噸,鈷酸鋰的價格在40萬元/噸,磷酸鐵鋰的價格在7.5萬元/噸,錳酸鋰的價格在5萬元/噸。整體上來說,鋰電池正極材料的價格呈現(xiàn)上坡式增長,增長最快的時候應(yīng)該在2017年.增漲最慢要輸2016年,2019年價格將會慢慢升高。

　　總結(jié)：正極材料是決定鋰離子電池性能的關(guān)鍵材料之一，在動力電池的構(gòu)成成本當(dāng)中,正極材料的成本超過40%,所以如何降低正極材料的成本成為關(guān)鍵。