认识锂离子电池.pdfVIP

认识锂离子电池

现已广泛被大家使用的锂离子电池是由锂电池发展而来的。所以在认识锂离子电池之

前，我们先来介绍一下锂电池。举例来讲，以前照相机里用的扣式电池就属于锂电池。锂电

池的负极材料是锂金属，正极材料是碳材。按照大家习惯上的命名规律，我们称这种电池为

锂电池。锂离子电池的正极材料是氧化钴锂，负极材料是碳材。电池通过正极产生的锂离子

在负极碳材中的嵌入与迁出来实现电池的充放电过程，为了区别于传统意义上的锂电池，所

以人们称之为锂离子电池。

一锂离子电池的构成

.

1.电池盖

2.正极

目前正在使用和开发的锂电池正极材料主要包括钴酸锂、镍钴酸锂、镍锰钴三元材料，尖晶

石型的锰酸锂，橄榄石型的磷酸铁锂等。中国目前正极材料主要包括钴酸锂、三元材料、锰

酸锂和磷酸铁锂。正极材料的应用领域分化明显，目前钴酸锂依然是小型锂电领域正极材料

的主力，主要用于传统3C领域等；三元材料和锰酸锂主要在小型锂电中应用，在日本与韩

国其作为动力电池的技术较为成熟，主要用于电动工具、电动自行车和电动汽车等领域；磷

酸铁锂在国内在动力电池领域应用，并且是未来储能电池发展的方向，主要用于基站和数据

中心储能、家庭储能、风光电储能等领域。

（）钴酸锂——钴酸锂将逐渐被替代

1

第一代商品化的锂离子电池正极材料，还有许多不可取代的优势：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，

是目前最成熟，也是唯一商业化的正极材料，在短时间内，特别是在通讯电池领域还有不可

取代的优势。但仍存在缺点，价格昂贵、容量几乎发挥到了极限、资源紧缺、安全性差等缺

陷使得其必然在最近的到年内遭受被取代命运。现在取代钴酸锂材料有两个方向，一

510

是在动力电池领域，锰酸锂和磷铁酸锂是最有希望的材料，二是在通讯电池领域，镍钴锂和

镍钴锰锂三元材料是最有希望代替钴酸锂的正极材料。锂离子二次电池正极材料（钴酸锂）

的液相合成工艺，它采用聚乙烯醇（ＰＶＡ）或聚乙二醇（ＰＥＧ）水溶液为溶剂，锂盐、

钴盐分别溶解在ＰＶＡ或ＰＥＧ水溶液中，混合后的溶液经过加热，浓缩形成凝胶，生成的

凝胶体再进行加热分解，然后在高温下煅烧，将烧成的粉体碾磨、过筛即得到钴酸锂粉。与

现有技术相比，本发明具有合成温度低，得到的产品纯度高、化学组成均匀等优点。测试用

全自动F-Sorb2400比表面积测试仪。

（）三元材料——具有较好的低成本优势

2

三元材料综合了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂三类材料的优点，具有价格优势，但其应用受到钴

价格的影响，当钴价格处于高位时，三元材料价格较钴酸锂低，具有较强的市场竞争力；但

当钴价格处于低位时，三元材料相较于钴酸锂的优势就大大减小。目前，钴酸锂材料存在被

三元材料替代的发展大趋势。三元材料为镍、钴、锰按照一定的比例，再导入锂源制备而成。

虽然著名的特斯拉电动汽车公司旗下首款车型推出时使用的是钴酸锂

Tesla()Roadster18650

电池，但其第二款量产车型Model-S使用的是松下定制的三元材料电池，即镍钴铝三元正极

材料电池。钴酸锂电池成本高的特征在Tesla前后两款车型的对比中表现得十分明显。

Model-S使用的电池数量达到8000以上，比Roadster高出一千多节，但是成本却下降了30%，

这正是得益于三元电池较好的成本控制。目前我国在高性能动力锂电用NCM三元材料上和

国际市场还存在较大的差距，在稳定性控制上存在设备和技术上的双重障碍，开发明显落后，

国外已在大量使用，中国企业尚无产品出现。

（3）锰酸锂锰酸锂占比也将上升

由于安全问题和高昂的价格，钴酸锂正极材料始终没有完全进入动力电池领域。而锰酸

锂则具有原料锰资源丰富、价格低廉及无毒性等优点。层状锰酸锂LiMnO2用作锂离子电池

正极材料的缺点是虽然容量很高，但在高温下不稳定，而且在充放电过程中易向尖晶石结构

转变，导致容量衰减过快。目前国内大型的正极材料生产企业都在积极的开发高温循环改善

的锰酸锂材料。锰酸锂材料的应用集中在消费类电池市场，主要与钴酸锂掺混使用于低端的

钢壳电池上，或者单独用于动力电池，动力电池以电动自行车电池为主。预测到