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锂电池的几种主要正极材料

1、锂电池正极材料主要有钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、钒的氧

化物和三元材料等。锂电池的性能主要取决于所用电池内部材料的结构和性能。

这些电池内部材料包括正极材料、负极材料、电解液、隔膜和导电材料等。其中

正、负极材料的选择和质量直接决定锂电池的性能与价格。因此廉价、高性能的

正、负极材料的研究一直是锂电池行业发展的重点。负极材料一般选用碳材料，

目前的发展比较成熟。而正极材料的开发已经成为制约锂电池性能进一步提高、

价格进一步降低的重要因素。

在目前的商业化生产的锂电池中，正极材料的成本大约占整个电池成本的

40％左右，正极材料价格的降低直接决定着锂电池价格的降低。对锂动力电池尤

其如此。比如一块手机用的小型锂电池大约只需要5克左右的正极材料，而驱动

一辆电动汽车用的锂动力电池可能需要高达500千克的正极材料。衡量锂电池正

极材料的好坏，大致可以从以下几个方面进行评估：

（1）正极材料应有较高的氧化还原电位，从而使电池有较高的输出电压；

（2）锂离子能够在正极材料中大量的可逆地嵌入和脱嵌，以使电池有高的容量；

（3）在锂离子嵌入/脱嵌过程中，正极材料的结构应尽可能不发生变化或小发

生变化，以保证电池良好的循环性能；

（4）正极的氧化还原电位在锂离子的嵌入/脱嵌过程中变化应尽可能小，使电

池的电压不会发生显著变化，以保证电池平稳地充电和放电；

（5）正极材料应有较高的电导率，能使电池大电流地充电和放电；

（6）正极不与电解质等发生化学反应；

（7）锂离子在电极材料中应有较大的扩散系数，便于电池快速充电和放电；

（8）价格便宜，对环境无污染。

锂电池正极材料一般都是锂的氧化物。研究得比较多的有钴酸锂，镍酸锂，锰酸

锂，磷酸铁锂和钒的氧化物等。导电聚合物正极材料也引起了人们的极大兴趣。

1.1、钴酸锂

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在目前商业化的锂电池中基本上选用层状结构的钴酸锂作为正极材料。其理

论容量为274mAh/g，实际容量为140mAh/g左右，也有报道实际容量已达

155mAh/g。该正极材料的主要优点为：工作电压较高（平均工作电压为3.7V）、

充放电电压平稳，适合大电流充放电，比能量高、循环性能好，电导率高，生产

工艺简单、容易制备等。

主要缺点为：价格昂贵，抗过充电性较差，循环性能有待进一步提高。

1.2、镍酸锂

用于锂电池正极材料的镍酸锂具有与钴酸锂类似的层状结构。其理论容量为

274mAh/g，实际容量已达190mAh/g～210mAh/g。工作电压范围为2.5～4.2V。

该正极材料的主要优点为：自放电率低，无污染，与多种电解质有着良好的相容

性，与钴酸锂相比价格便宜等。但镍酸锂具有致命的缺点：镍酸锂的制备条件非

刻，这给镍酸锂的商业化生产带来相当大的困难；镍酸锂的热稳定性差，在

同等条件下与钴酸锂和锰酸锂正极材料相比，镍酸锂的热分解温度最低（200℃

左右），且放热量最多，这对电池带来很大的安全隐患；镍酸锂在充放电过程中

容易发生结构变化，使电池的循环性能变差。这些缺点使得镍酸锂作为锂电池的

正极材料还有一段相当的路要走。

1.3、锰酸锂

用于锂电池正极材料的锰酸锂具有尖晶石结构。其理论容量为148mAh/g，

实际容量为90～120mAh/g。工作电压范围为3～4V。该正极材料的主要优点为：

锰资源丰富、价格便宜，安全性高，比较容易制备。缺点是理论容量不高；材料

在电解质中会缓慢溶解，即与电解质的相容性不