锂离子电池之正极材料介绍

正极材料在电池结构中地位重要。在电池行业中，有一种说法：一代电池，一代正极，电池换代看正极。与这种说法相关，锂离子电池常以正极材料被命名，如汽车动力电池的主流电池被命名为：磷酸铁锂电池或三元电池。

正极材料的重要性还体现在成本方面，正极材料成本在锂离子电池总成本中占40%左右。正极材料价格降低可以导致锂离子电池价格降低，这种现象在动力电池中更加明显，原因是一辆电动汽车的锂离子动力电池需要的正极材料更多，约200kg。

图片来源：学堂在线《锂离子电池材料与技术》

锂离子电池的正极材料是含有锂的金属氧化物，是锂离子电池中锂离子的主要来源。

充电过程中锂离子从正极材料晶格（在原子尺度描绘微观结构所画出的立方体）中脱出并进入负极材料。放电过程与充电过程相反。正极材料充放电过程的可逆克容量（克容量：电池电容量与活性物质质量的比值）和电压平台（电池放电过程中维持时间最长的电压值）在较大程度上决定了锂离子的能量密度。

锂离子电池正极材料需要具有如下性能：

（1）锂离子能够在正极材料中大量可逆地脱嵌，以使电池有高的容量。

（2）脱嵌锂离子时，氧化还原电位应尽可能高，从而使电池输出高电压。

（3）充放电过程中，氧化还原电位变化小，使电压不发生显著变化，保持平稳充放电。

（4）在锂离子脱嵌过程中，晶体结构（在原子尺度描绘的微观结构）没有或很少发生变化，晶体结构稳定，以保证较好的循环寿命和安全性。

图片来源：学堂在线《锂离子电池材料与技术》

（5）具有较高的电子电导率（电导率用于描述物质中电荷流动难易程度，电导率越高，物质中电荷流动越容易）和离子电导率，以减少电池极化（当电池有电流通过，使电位偏离了平衡电位的现象）和降低电池内阻，并能进行大电流充放电。

（6）化学稳定性好，与电解质反应小，甚至不与电解液发生反应。

（7）正极材料的金属原材料来源丰富，成本可控，无污染，具有一定梯次利用（是指已经达到原始使用寿命的产品，通过某种方法使其功能全部或部分恢复并继续使用过程）与回收价值等。

图片来源：学堂在线《锂离子电池材料与技术》

锂离子电池正极材料根据晶体结构差异可分为三类：层状结构氧化物、橄榄石结构聚阴离子材料、尖晶石氧化物。

层状结构氧化物包括钴酸锂（缩写LCO）、镍钴锰酸锂三元（缩写NCM）、镍钴铝酸锂三元（缩写NCA）等。橄榄石结构聚阴离子材料包括磷酸铁锂（缩写LFP）和磷酸铁锰锂（缩写LFMP）等。尖晶石氧化物包括锰酸锂（缩写LMO）和镍锰酸锂等。

图片来源：学堂在线《锂离子电池材料与技术》

不同种类的正极材料具有不同的能量密度、电化学特征、成本等，适用于不同的领域及使用场景。

审核编辑：刘清