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从热捧到遇冷 “三元锂电池”陷动力电池材料之争

导读: 镍钴锰酸锂三元正极材料比容高、循环性能能好、热稳定性好、成本低,是一种理想的锂离子电池正极材料,逐渐挤压钴酸锂的市场份额。不过,三元材料本身也存在着缺陷,想要在高端市场和动力型市场占据主导地位,还需要不断地探索。

  在年初举办的中国电动汽车百人会论坛(2016)上,工业和信息化部装备司司长张相木表示,工信部将组织开展对三元锂电池的风险评估,在评估完成前,暂停三元锂电池客车列入新能源汽车推广应用推荐车型目录;近日又传一众车企负责人已赶赴北京,商讨关于纯电动商用车不再使用三元材料动力电池的相关事宜。这些新闻,似乎给备受追捧的三元材料电池泼了一盆冷水。

  自1991年日本Sony公司研制并实现了锂离子电池的商品化以来,锂离子电池就以其质量轻、体积小、比能量高、自放电小、循环性能好、污染小和无记忆效应等特点,成为了21世纪最具有应用前景的绿色二次电池之一。

  1.从被关注到研究突破

  ‘锂离子电池正极材料’,般选用过渡性金属氧化物,目前所用的正极材料主要是钴、镍、锰的氧化物,如钴酸锂(Lithium Cobalt Oxide)、镍酸锂(Lithium Nickel Oxide)、锰酸锂(Lithium Manganese Oxide)、磷酸铁锂(LiFePO4)、镍钴锰三元材料。

从热捧到遇冷 “三元锂电池”陷动力电池材料之争

常用锂离子电池正极材料的性能

  从上表可以看出,消费类电池对能量密度要求较高,主要采用钴酸锂,但钴是战略资源,有毒性,且价格高、安全性能差。镍钴锰酸锂三元正极材料比容高、循环性能能好、热稳定性好、成本低,是一种理想的锂离子电池正极材料,逐渐挤压钴酸锂的市场份额。

  ‘三元材料’却以其低成本和良好的电化学性能引起了人们的关注。不过,三元材料本身也存在着缺陷,想要在高端市场和动力型市场占据主导地位,还需要不断地探索。

  随着‘三元材料’前驱体制备工艺和粉体烧结技术的提高,以及微米级一次颗粒三元材料合成的成功,如今的‘三元正极材料’已具有更加完整的晶体结构、较高的压实密度和优异的电极加工性能,它的压实密度已接近钴酸锂的水平。

从热捧到遇冷 “三元锂电池”陷动力电池材料之争

  三元材料的种类很多,如上图所示,按照过渡金属离子相对含量的不同,目前商业化的三元系列的材料可分为以下几种:LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 (简称111三元材料)、LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2 (简称424三元材料)和LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 (简称523三元材料)。

  其中,关于111的研究和实际应用最多。此外,基于减少Co的含量以降低成本,同时降低材料中电化学非活性Mn的含量,从而提高材料的比容量的考虑,LiNi0.4Co0.4Mn0.2O2 (442)和LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(811)也受到关注。

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