介紹鋰離子正負極材料

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重要的鋰離子來源,其性能和價袼對鋰離子電池的影響較大。

隨著鋰離子電池的不斷發展，應用領域也在逐漸的擴大，其在正極材料的使用方面已經由單一化向多元化的方向轉變，其中包括：橄欖石型磷酸亞鐵鋰、層狀鈷酸鋰、尖晶石型錳酸鋰等等，實現多種材料的并存。

從技術發展方面能夠看出，在日后的發展中還會出現更多新型的正極材料。關于動力鋰電池的正極材料來說，其在成本費用、安全性能、循環能力以及能量密度等多個方面都具有較為嚴格的要求。

鋰離子電池正極材料的性能直接影響著鋰離子電池的性能，其成本也直接決定電池成本高低。目前研制成功并得到應用的正極材料重要有鈷酸鋰、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。磷酸鐵鋰離子電池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。

鋰離子負極材料

鋰離子電池負極材料重要影響鋰離子電池的首次效率、循環性能等。按鋰離子電池成本比例，負極材料占比鋰離子電池總成本的25%～28%。隨著技術的進步，目前的鋰離子電池負極材料已經從單一的人造石墨發展到了天然石墨、中間相碳微球、人造石墨為主，軟碳/硬碳、無定形碳、鈦酸鋰、硅碳合金等多種負極材料共存的局面。

我國在鋰離子電池負極材料產業化方面具有一定的優勢，國內電池產業鏈從原料的開采、電極材料的生產、電池的制造和回收等環節比較齊整。

一、重要參數指標

鋰離子電池具有能量密度高、轉換效率高、循環壽命長、無記憶效應、無充放電延時、自放電率低、工作溫度范圍寬和環境友好等優點，因而成為電能的一個比較理想的載體，在各個領域得到廣泛的應用。

一般而言，我們在使用鋰離子電池的時候，會關注一些技術指標，作為衡量其性能優劣的重要因素。那么，什么指標是我們要在使用的時候，應該予以特別關注呢？

1.容量

這是大家比較關心的一個參數。智能手機早已普及，我們在使用智能手機的時候，最為擔心的就是電量不足，要頻繁充電，有時還找不到地方充電。早期的功能機，正常使用情況下，滿充的電池可以待機3~5天，一些產品甚至可以待機7天以上。可是到了智能機時代，待機時間就顯得慘不忍睹了。這里面很重要的一個原因，就是手機的功耗越來越大，而電池的容量卻沒有同比例的上升。

容量的單位一般為mAh(毫安時)或Ah(安時)，在使用時又有額定容量和實際容量的差別。額定容量是指滿充的鋰離子電池在實驗室條件下(比較理想的溫濕度環境)，以某一特定的放電倍率(C-rate)放電到截止電壓時，所能夠供應的總的電量。實際容量一般都不等于額定容量，它與溫度、濕度、充放電倍率等直接相關。一般情況下，實際容量比額定容量偏小一些，有時甚至比額定容量小很多，比如北方的冬季，假如在室外使用手機，電池容量會迅速下降。

2.能量密度

能量密度，指的是單位體積或單位重量的電池，能夠存儲和釋放的電量，其單位有兩種：Wh/kg，Wh/L，分別代表重量比能量和體積比能量。這里的電量，是上面提到的容量(Ah)與工作電壓(V)的積分。在應用的時候，能量密度這個指標比容量更具有指導性意義。

基于當前的鋰離子電池技術，能夠達到的能量密度水平大約在100~200Wh/kg，這一數值還是比較低的，在許多場合都成為鋰離子電池應用的瓶頸。這一問題同樣出現在電動汽車領域，在體積和重量都受到嚴格限制的情況下，電池的能量密度決定了電動汽車的單次最大行駛里程，于是出現了里程焦慮癥這一特有的名詞。假如要使得電動汽車的單次行駛里程達到500公里(與傳統燃油車相當)，電池單體的能量密度必須達到300Wh/kg以上。

鋰離子電池能量密度的提升，是一個緩慢的過程，遠低于集成電路產業的摩爾定律，這就造成了電子產品的性能提升與電池的能量密度提升之間存在一個剪刀差，并且隨著時間不斷擴大。

3.充放電倍率

這個指標會影響鋰離子電池工作時的持續電流和峰值電流，其單位一般為C(C-rate的簡寫)，如1/10C，1/5C，1C，5C，10C等。舉個例子來闡述倍率指標的具體含義，某電池的額定容量是10Ah，假如其額定充放電倍率是1C，那么就意味著這個型號的電池，可以以10A的電流，進行反復的充放電，一直到充電或放電的截止電壓。假如其最大放電倍率是[email protected]，最大充電倍率[email protected]，那么該電池可以以100A的電流進行持續10秒的放電，以50A的電流進行持續10秒的充電。