所謂鋰離子電池是指分別用二個(gè)能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負(fù)極構(gòu)成的二次電池。人們將這種靠鋰離子在正負(fù)極之間的轉(zhuǎn)移來(lái)完成電池充放電工作的,獨(dú)特機(jī)理的鋰離子電池形象地稱(chēng)為“搖椅式電池”,俗稱(chēng)“鋰電”。
自鋰離子電池大規(guī)模商用化以來(lái),憑借其優(yōu)異的性能,不斷攻城略地,現(xiàn)已牢牢占據(jù)二次電池的高端市場(chǎng)。但在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi),世界鋰離子電池市場(chǎng)基本是日本一家獨(dú)霸的局面。最近幾年中國(guó)和韓國(guó)奮起直追,目前世界鋰離子電池市場(chǎng)已經(jīng)呈現(xiàn)出中、日、韓三足鼎立的格局。鋰離子電池的發(fā)展呈現(xiàn)出多方向并舉的局面。
鋰離子電池的原材料主要包括正負(fù)極材料、電解液、電極基材、隔離膜和罐材等。其中,正極材料是鋰電池中最為關(guān)鍵的原材料,由于正極材料在鋰離子電池中占有較大比例,因此它決定了電池的安全性能和電池能否大型化,同時(shí)由于鋰離子電池正極材料在電池成本中所占比例可高達(dá)40%左右,所以其成本也直接決定電池成本的高低。應(yīng)該說(shuō)是鋰離子電池正極材料的發(fā)展引領(lǐng)了鋰離子電池的發(fā)展。
目前正在使用和開(kāi)發(fā)的鋰電池正極材料中,以過(guò)渡金屬氧化物所表現(xiàn)出的性能最佳,主要有:層狀鹽結(jié)構(gòu)的鈷酸鋰、鎳鈷酸鋰、鎳錳酸鋰和鎳錳鈷酸鋰三元材料,尖晶石型的錳酸鋰,橄欖石型的磷酸鐵鋰等鋰錳氧化物。中國(guó)目前正極材料主要包括鈷酸鋰、三元材料、錳酸鋰和磷酸鐵鋰。鈷酸鋰依然是國(guó)內(nèi)小型鋰電領(lǐng)域正極材料的主力,三元材料和錳酸鋰主要在小型鋰電中應(yīng)用,在電動(dòng)自行車(chē)和電動(dòng)工具中也有部分使用;磷酸鐵鋰目前主要使用在電動(dòng)工具盒電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域。下面將幾種常見(jiàn)的正極材料的主要特點(diǎn)介紹如下:
1、鈷酸鋰
鈷酸鋰由于具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單和電化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì),所以最先實(shí)現(xiàn)商品化。同時(shí)由于鈷酸鋰具有工作電壓高、充放電電壓平穩(wěn),適合大電流充放電,比能量高、循環(huán)性能好等優(yōu)點(diǎn),在需要小型充電電池的領(lǐng)域中具有重要應(yīng)用。鈷酸鋰正極材料的缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴,實(shí)際比容量?jī)H為其理論容量的274mAh/g的50%左右;鈷酸鋰的循環(huán)壽命已達(dá)到1000次,但仍有待于進(jìn)一步提高;此外鈷酸鋰的抗過(guò)充電性能較差,在較高充電電壓下比容量迅速降低。目前中國(guó)的鈷酸鋰主要是中粒徑為10-12微米的產(chǎn)品,各主要鋰電正極材料企業(yè)也紛紛推出了中粒徑在15-18微米的產(chǎn)品,預(yù)計(jì)鈷酸鋰會(huì)向高壓實(shí)和高安全性的方向發(fā)展。
2、三元材料
近幾年來(lái)層狀嵌鋰多元過(guò)渡金屬?gòu)?fù)合型正極材料發(fā)展迅速,尤其是含有鈷鎳錳三種元素的新型過(guò)渡金屬嵌鋰氧化物復(fù)合材料。