锂电池最有前景的正极材料是什么？
来源：宝鄂实业
2019-07-19 16:50
点击量：次
正极材料部分在充放电过程中，不仅要能够嵌入或者脱出需要的锂，还需要在负极材料表面形成SEI膜时，为其提供所需的锂。因此正极材料的选择是近年来锂电池发展的关键。而作为锂电池的正极材料，必须具备以下几个条件：1、必须是锂的嵌入化合物；2、开路电压较高；3、充放电时电压较平稳；4、能够容量锂的单位量较大；5、材料的分子量较小；6、材料的摩尔体积较小；7、材料能够不间断及快速的嵌入或脱出锂；8、材料的脱嵌锂的可逆度较高，该性能会影响到电池的寿命；9、材料不得与电解液发生反应；10、材料的导电率较高；11、价格低廉、无污染；12合成较容易；这些都是近年来锂电池正极材料研究的重点。
正极材料直接决定了电池的能量密度、功率、循环次数等关键指标，对电池成本的影响也最显著。锂电池正极材料技术以提升安全性、增加电池蓄电量级、降低成本为三大发展主轴。继锂钴之后，陆续有锂锰、锂镍、锂镍钴基磷酸铁锂等正极材料出现。
下面我们对这三种材料进行对比，看看各自优略以及未来发展方向。
1
钴酸锂
钴酸锂是目前最成熟的，唯一商品化的锂离子电池正极材料，主要应用于手机、笔记本电脑、数码相机等便携式数码产品以及电动玩具等。
优点：材料的加工性能很好，密度高，比容量相对较高，材料的结构稳定，循环性能好，材料的电压平台较高且比较稳定。
缺点：价格昂贵、容量几乎发挥到了极限、资源紧缺、安全性差。
未来方向：在传统锂离子电池领域，将逐渐被镍钴锂和镍钴锰锂三元材料代替。
2
锰酸锂
锰酸锂是除钴酸锂外研究最早的正极材料，适合于电动工具、矿灯电池和手机电池等对容量要求不高的领域。
优点：安全性较高，尤其是高温下的稳定性较好。具有明显成本优势。没有专利制约。
缺点：比容量较低，高温循环性能目前还没有得到较好的解决，寿命短。
未来方向：小型锂电池市场，日本研发的高端锰酸锂材料可用于动力电池。由于全世界经济和城市交通的发展，引起石油紧张和环境污染，国际上许多发达国家竞相开发绿色能源技术，其中尤以电动车应用为代表的动力电源领域发展最为迅速。电动汽车要取代燃油汽车，动力电池是关键，而传统化学电池存在着储存能量低、重量大、寿命短和不安全等因素，成为电动汽车产业化发展的瓶颈。在现阶段，锰酸锂是动力电池的首选材料，从而，锰酸锂将随着电动车的发展具有广阔的发展前景。
3
镍钴锰三元材料
镍钴锰三元材料同样也是非常有前途的正极材料，有望在小型锂电池领域替代钴酸锂。
优点：高容量的正极材料，比容量可以达到180mAh/g 以上，安全性较好，成本低，与电解液的相容性好，循环性能优异。
缺点：合成困难、合成条件苛刻、合成材料的稳定性差；电压平台相对较低，只有193.55v 左右；密度相对较低；充电电压较高，达到了4.5v 左右。
未来方向：主要是小型锂离子电池市场，也有望进入动力电池市场。锂镍及锂镍钴电池虽然提升了电容量，但无法全然解决安全性问题。
三元材料是电池材料，特别是新能源汽车电池材料的重要组成部分。与传统正极材料钴酸锂相比，三元材料在资源占用、性价比、安全性等方面占有很大优势。
在通讯电池方面，未来钴酸锂的主导地位将逐渐弱化，镍钴锰三元材料将逐步替代钴酸锂，市场份额不断提高;
在电动工具领域，镍钴锰三元材料具有高的能量密度，良好大电流充放电性能、优秀的循环性能及安全性能，有可能成为主要的正极材料;
在动力电池领域，镍钴锰三元材料有可能成为新一代的正极活性物质；由此可见，三元材料具有较好的发展前景。
锂电池正极材料行业的上游主要包括锂、钴、镍、锰、铁等资源，其下游行业主要是锂电池。目前中国正极材料市场规模近百亿元，年增长超过15%；其中三元材料超过25%的增长率，是正极材料市场增长最快品种，三元材料将赶超钴酸锂，磷酸铁锂整合本土优势浴火重生。
从正极材料的市场份额看，钴酸锂、锰酸锂、三元材料基本形成三足鼎立的局面，磷酸铁锂由于专利纠纷的解决，以及市场应用前景的明朗，发展很迅速，未来锰酸锂，三元材料以及磷酸铁锂的市场份额将逐渐增加，而钴酸锂的市场将逐渐被这三种材料所取代。
