鉅大LARGE | 點擊量：3084次 | 2021年06月08日
鋰離子電池對正極材料的要求分析
隨著全球多樣化的發展，我們的生活也在不斷變化著，包括我們接觸的各種各樣的電子產品，那么你一定不了解這些產品的一些組成，比如鋰離子電池正極材料。鋰離子電池的重要部件有正極、負極、電解液、隔膜等，鋰離子能量的存儲和釋放是以電極材料的氧化還原反應形式實現的，正極活性物質是鋰離子電池最為關鍵的核心材料。
經過近30年的快速發展，正極材料包括氧化鈷鋰，錳酸鋰，氧化鎳鎳鈷(LiNi1-xCoxO2，也稱為NC)，錳酸鋰鎳鈷，鋁酸鋰鎳鈷，磷酸鐵鋰等。工業化，并已擴展到可在許多領域中使用。隨著對新能源汽車高能密度正極材料的需求，鋰鎳鈷錳氧化物三元材料已成為最重要的正極材料，并且占正極材料的比重最大。
1.正極材料的重要元素含量：鋰離子電池中的正極材料是含有鋰的氧化物。通常，鋰含量越高，容量越高。例如，錳酸鋰的Li含量僅為4.2%，而鈷酸鋰和鎳酸鋰的含量約為7.1%，而富鋰的錳堿的含量約為10%。假如材料成分固定，則應以實際測試平均值加公差的形式給出重要元素的含量，以實現相應的電化學活性并保持批次之間的穩定性。鋰離子電池中的正極材料都是含鋰的氧化物。通常，鋰含量越高，容量越高。
2.正極材料的晶體結構：鋰離子電池正極材料的晶體結構重要分為三類：α-NaFeO2層狀，橄欖石型和尖晶石型。在正極材料中，LiCoO2的純相更易于制備，并且產物具有α-NaFeO2的層狀結構，與美國粉末衍射標準聯合委員會公布的證卡50-0653#相對應。LiMn2O4的純相較易獲得，且產物具有尖晶石。立方結構，對應JCpDS5-0782#卡;LiFepO4必須在惰性氣氛中制備，因為其Fe為+2，并且產品具有橄欖石結構，對應于JCpDS83-2092#卡。
3.正極材料的粒徑分布：正極材料的粒徑將直接影響電池漿料和極靴的制備。通常，大粒徑材料的漿料具有低粘度和良好的流動性，并且可以使用較少的溶劑和較高的固體含量。正極材料的粒徑通常通過激光粒徑分析儀測定，將粒徑分布曲線中的累積分布為50%時的最大粒徑的當量直徑D50作為平均粒徑。正極材料的粒度和分布與前體，燒結和壓碎過程密切相關。通常，它應該顯示正態分布。鈷酸鋰一般以四氧化鈷和碳酸鋰為原料制備，其燒結性能非常好。它可以通過控制關鍵因素(例如Li/Co，燒結溫度和加熱速率)來生長，因此對原材料的需求較低。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
4.正極材料的密度：鋰離子電池的體積能量密度在很大程度上取決于活性材料的密度。正極材料的密度與其中所含元素的原子量，晶體排列方式，結晶度，球形度，粒徑和分布，密度等密切相關，并受制備過程的影響。正極材料的密度分為疏松堆積密度，振實密度，粉末壓實密度，極靴壓實密度，理論密度等。
5.正極材料的比表面積：當正極的比表面積較大時，電池的倍率特性較好，但通常更容易與電解質反應，這使得周期和存儲更糟。正極材料的比表面積與粒徑和分布，表面孔隙率和表面涂層密切相關。在鋰鈷氧化物體系中，具有小顆粒的速率型產物對應于最大的比表面積。由于磷酸鋰鐵的導電性差，因此將顆粒設計為納米聚集體的形式，并且表面覆蓋有無定形碳，從而在所有正極材料中獲得了最高的比表面積。
6.正極材料的水分含量：正極材料的水分含量與其比表面積，粒度和分布，表面孔隙率以及表面涂層密切相關。水分含量對電池打漿有很大的影響。通常，正極漿料重要使用聚偏二氟乙烯(pVDF)作為粘合劑，并且使用N-甲基吡咯烷酮(NMp)作為溶劑。在該有機體系中，分子量大的pVDF沒有完全溶解，而是以溶膠的形式存在。當正極材料的水分和殘留堿含量高時，有機溶膠體系將被破壞，pVDF與NMp分離，漿料的粘度將急劇新增，甚至出現膠凍。
在研究設計過程中，一定會有這樣或著那樣的問題，這就要我們的科研工作者在設計過程中不斷總結相關經驗，這樣才能促進產品的不斷革新。
