什么决定了锂电池正极材料的安全性

来源：维多利亚3308  日期：2019-05-01 10:53  浏览量：次

　　什么决定了锂电池正极材料的安全性？正极材料的安全性，能量密度和功率密度是当前不同车型对锂电池类型做出取舍的基本依据。正极材料决定了锂电池的能量密度、寿命和安全性等指标，占锂电池成本的30%左右。

　　什么决定了锂电池正极材料的安全性？

　　一般的正极材料，锂离子含量都会大于负极材料离子容量，目的是提高锂电池的功率特性和循环性。材料的热稳定温度越高，说明材料的氧化能力越弱，材料越安全，确保正极材料与电解液不发生反应的因素主要依靠正极材料自身的热稳定性和与电解液的相容性。

　　◆电芯能量密度

　　每种锂电池正极材料都有其理论能量密度，选择了一种正极材料，就选择了电芯能量密度的上限。正极材料的用量设计和加工制作过程中的振实密度也对电芯成品的能量密度产生影响。

　　◆电芯功率密度

　　不同的正极材料种类，决定了锂电池充放电功率的大体范围。材料的一些细节，作为辅助因素，也会对功率特性造成影响。比如，正极材料的晶体结构稳定性，颗粒尺寸，掺杂原子，碳包覆工艺，材料的制备方法等。以上因素最终都是通过影响正极材料容纳锂离子的能力和脱嵌嵌入通道的通畅性来影响锂电池的功率密度。

　　◆电芯循环寿命

　　影响锂电芯循环寿命的因素很多，与正极材料相关的，主要有正极材料活性物质在循环使用中的损耗，以及充放电过程中，材料结构的崩坏引发的正极容纳锂离子能力的衰减。而正极材料中的杂质成分，比如单质铁和三价铁，都会与电解液相互作用，产生不良副反应，或者造成内部微短路。

　　锂电池对正极材料的基本要求

　　第一，材料自身电位高，这样才能与负极材料之间形成较大的电位差，带来能量密度高的电芯设计；同时带电离子嵌入脱出对电极电位影响小，则充放电过程，不会有过大的电压波动，不会给系统内的其他电气带来不利影响。

　　第二，材料含锂量高且锂离子嵌入脱嵌可逆。这是高容量的前提。有些正极材料，理论容量很高，但是有一半的锂离子，第一次嵌入以后就失去了活性。这样的材料，是无法投入商用的。

　　第三，锂离子扩散系数大，锂离子在材料内部的移动更迅速，嵌入和脱嵌的能力强。是影响电芯内阻的因素，也是影响功率特性的因素。

　　第四，材料比表面积大，有大量的嵌锂位置。表面积大，锂离子的嵌入通道相对较短，则嵌入和脱嵌更容易。通道浅的同时，嵌锂位置还要充足。

　　第五，与电解液的相容性和热稳定性好，这点是出于安全性考虑。锂电池正极材料与电解液不容易发生反应，以及在较高温度下依然结构稳定并且仍然不易与电解液反应。这样的材质，不会为电芯额外的热积累提供热量，可以减少电芯进入自生热阶段的概率。

　　第六，材料易得，且加工性能好。成本低，材料容易加工成电极，且电极结构稳定，是材料得到推广应用的有利条件。

　　锂电池正极材料价格趋势

　　说到锂电池正极材料价格,我们第一个会想到的就是锂电池价格,其实锂离子正极材料价格占比锂电池中的重要一环,经过计算,预计锂电池正极材料价格占比约25%~35%之间,根据不同的公司不同的配比,其比例也不尽相同。

　　不同的锂电池其中的正极材料不同,有磷酸铁锂,锰酸锂,钴酸锂,镍钴锰酸锂,镍钴铝酸锂,其中添加的正极材料不同,其价格也不一样。2016年三元锂电池材料大概的价格在16万元/吨,钴酸锂的价格大约在19万元/吨,锰酸锂的价格大约在5万元/吨,磷酸铁锂电池的价格在11万元/吨。

　　2017年三元材料价格在20万元/吨,钴酸锂的价格在40万元/吨,磷酸铁锂的价格在7.5万元/吨,锰酸锂的价格在5万元/吨。整体上来说,锂电池正极材料的价格呈现上坡式增长,增长最快的时候应该在2017年.增涨最慢要输2016年,2019年价格将会慢慢升高。

　　总结：正极材料是决定锂离子电池性能的关键材料之一，在动力电池的构成成本当中,正极材料的成本超过40%,所以如何降低正极材料的成本成为关键。