确保正极材料与电解液不发生反应的因素主要是什么？
来源：宝鄂实业
2019-05-08 21:34
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1 对正极材料的基本要求
能够得到广泛应用的正极材料，必须满足下列要求。
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。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。
2 什么决定了正极材料的安全性
首先，电芯设计中正极材料用量远远大于负极材料的容量，会提高热失控风险。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 高电池的功率特性和循环性。但过多的锂离子存储于正极结构中，当外部保护电路失灵，电池发生过充时，容易引发事故。过充，负极材料结构中已 经充满了锂离子，再没有位置容纳更多。但正极中多余的锂离子仍然会在外加电压的驱使下，向负极聚集。造成大量锂离子在负极表面沉积，形成锂 单质结晶。活泼的锂单质遇到高温会剧烈反应;或者单质量过大，则会刺穿隔膜，造成内短路，给电池带来燃爆风险。
其次，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，如下面表格所示，自上而下，越来越安全。正极材料长期浸泡在电解液中， 表面的保护膜并不能像负极一样，起到很好的保护作用。因此，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。
国内市场上主流的电池比容量在 130-140mAh/g。 2017 年 3 月，工信部、发改委、科技部和财政部联合发布了《促进汽车动力电池产业发展行动 方案》， 该方案明确指出， 2020 年动力电池系统比能量力争较现有水平提高一倍达到 260Wh/kg、成本降至 1 元/Wh 以下;2025年动力电池单体 比能量达 500Wh/kg。 此前，国内的宁德时代、力神电池和国轩高科等团队已经基本实现了 300Wh/kg 动力电池的研发。目前钴、锂价格已经启 动，钴价单边上涨行情大大提高了三元材料的生产成本， 而采用高镍材料之后，电池综合单位成本将明显下降。虽然在三元锂动力电池体系中，钴元 素不可或缺，但是其比例可以降低，目前可以到 1，未来甚至可以到 0.5。 供需矛盾带来的钴价波动正在助推生产企业向低钴高镍的产品转向。
其次讨论硫酸镍在其他领域的消费。 在电池行业中，硫酸镍还应用于传统的镍镉电池和镍氢电池。镍镉电池由于在充放电过程当中如果处理不当将会 出现严重的“记忆效应”，使得服务寿命大大缩短，此外镉是有毒的，不利于生态环境的保护，所以镍镉电池基本上已经被淘汰。 镍氢电池的正极材料 用的是球镍(球形氢氧化镍)，硫酸镍可以用来生产球镍。2017 年中国镍氢电池领域消耗硫酸镍约 4 万吨。而全球镍氢电池所消耗的硫酸镍约为 5.7 万吨。 由于传统的镍氢电池市场趋于成熟，预计生产量保持不变。在电镀领域，电镀级硫酸镍对钴的要求是越低越好，因为在该领域钴是有害的。 电镀级硫酸镍主要应用于汽车轮毂、反光镜等，国内基本以使用金川、吉恩、金珂产电镀级硫酸镍为主。 2017 年中国电镀用硫酸镍约 6 万吨，全球 规模约 10 万吨。受益于全球汽车和轨道交通系统产量的增长，预计电镀级硫酸镍需求增速能够维持在 2%。
