山東埃爾派 | 點擊量:0次 | 2021-01-26
工業鋰電池四大組成材料——正極材料
近年來,我國新能源汽車產銷量的雙豐收帶動了整個上下游產業鏈快速發展,特別是對工業鋰電池的需求量不斷攀升。由于鋰電池占新能源整車制造成本大約30~40%,要想使新能源汽車更具價格優勢,形成足夠的市場競爭力,必須降低動力電池成本。而在動力電池的構成成本當中,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鍵。
近年來,我國新能源汽車產銷量的雙豐收帶動了整個上下游產業鏈快速發展,特別是對工業鋰電池的需求量不斷攀升。由于鋰電池占新能源整車制造成本大約30~40%,要想使新能源汽車更具價格優勢,形成足夠的市場競爭力,必須降低動力電池成本。而在動力電池的構成成本當中,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鍵。
正極材料是決定鋰離子電池性能的關鍵材料之一,也是目前商業化鋰離子電池中主要的鋰離子來源,其性能和價袼對鋰離子電池的影響較大。目前研制成功并得到應用的正極材料主要有鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、三元材料鎳鈷錳酸鋰(NCM)和鎳鈷鋁酸鋰(NCA)等。
關于正極材料磷酸鐵鋰和三元材料的對比:
所謂磷酸鐵鋰電池,就是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。這一類電池的特點是不含貴重金屬元素(比如鈷等)。在實際使用中,磷酸鐵鋰電池具有耐高溫,安全穩定性強,價格便宜,循環性能更好的優勢。
而三元材料鋰電池是指使用鎳鈷錳酸鋰做為正極材料,石墨作為負極材料的鋰電池。與磷酸鐵鋰不同,三元鋰電池電壓平臺很高,這也就意味著在相同的體積或是重量下,三元鋰電池的比能量、比功率更大。除此之外,在大倍率充電、和耐低溫性能等方面,三元鋰電池也有很大的優勢。
磷酸鐵鋰是目前廣受關注的正極材料之一,理論比容量為170mAh/g,實際比容量可達150mAh/g以上。其主要特點是成本低廉,安全性非常好,循環壽命高,這些特點使得磷酸鐵鋰材料迅速成為研究熱點,磷酸鐵鋰電池也在電動汽車領域有了廣泛的應用。
三元材料是與鈷酸鋰結構極為相似的鋰鎳鈷錳氧化物(LiNixCoyMn1-x-y02)的俗稱,這種材料在比能量、循環性、安全性和成本方面可以進行均衡和調控。鎳鈷錳三種元素的不同配置將為材料帶來不同的性能:鎳含量增加將增加材料的容量,但會使循環性能變差;鈷的存在可使材料結構更加穩定,但含量過高會使容量降低;錳的存在可以降低成本并改善安全性能,但含量過高則會破壞材料的層狀結構,因此找到三種材料的比例關系以達到綜合性能最優化,是三元材料研發的重點。常見配比有NCM111、523、622、811等。NCA(LiNio.8C0015Ah0502)則是將其中的錳元素用鋁元素來替代,一定程度上改善材料的結構穩定性,但其鋁含量較少,可近似看成是一種二元材料。
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