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一文了解锂电池正极材料

正极材料是锂电池的核心材料,是决定电池性能的最关键因素。正极材料对电池产品最终的能量密度、电压、使用寿命以及安全性等有着直接影响,也是锂电池中成本最高的部分。

锂电池往往用正极材料命名,如三元锂电池,就是使用三元材料做正极的锂电池。

不同正极材料差距明显,适用领域也不一样。常见的正极材料可以分为钴酸锂(LCO)、锰酸锂(LMO)、磷酸铁锂(LFP)和三元材料(NCM)。

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图:根据市场公开资料整理

钴酸锂是最早实现商业化的正极材料,其能量密度高于镍氢及铅酸等充电电池,最早体现出锂电池的发展潜力,但十分昂贵且循环寿命低,钴酸锂电池仅适用于3C电子产品。

锰酸锂虽成本低,但能量密度不佳,在早期的慢速电动车,如电瓶车等领域有一定用量,如今主要用于电动工具以及储能领域,少见于动力电池

当前主要应用于电动车领域的,是三元材料以及磷酸铁锂两条技术路线。在2020年锂电池正极材料出货占比中,分列第一和第二。

三元材料的核心优势在于能量密度高。同体积、同质量下,续航时间较其它技术路线大幅领先。但其缺陷也非常明显:安全性差,受到冲击和处于高温环境时,起火点比较低。

磷酸铁锂则恰好与三元材料相反,能量密度与续航均表现一般,但安全性却十分优秀。其晶体结构为独特的橄榄石型,空间骨架结构不易发生形变,使其在高温环境下仍能保持稳定。三元材料在约150℃~250℃的条件下即会开始分解并放出氧气,导致电解质燃烧,相较之下磷酸铁锂的分解温度则在600℃左右,安全优势非常明显。

此外,磷酸铁锂电池的使用寿命也有巨大优势,其循环次数远超其它技术路线,这正应对电动汽车消费者的两个关键诉求:安全、耐用。

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