1、锂电池材料介绍
电芯的原材料主要包括电解液、隔膜、正负极材料等。锂离子使用正极(阴极),负极(阳极)和电解质作为导体。正极是金属氧化物,负极一般为石墨或者碳粉。
正极材料是锂离子电池中主要的锂离子来源,动力电池的正极材料是其能量密度的短板。目前研制成功并得到应用的正极材料主要有钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、三元材料镍钴锰酸锂和镍钴铝酸锂等。
钴酸锂是第一代商业化正极材料,可以认为是最成熟的锂离子电池正极材料。钴酸锂具有放电平台高、循环性能好、合成工艺简单等优点。但该材料中含有毒性较大的钴元素,制作大型动力电池时安全性难以保证。是目前小型锂电池的首选,在3C电池中,大部分选用的是它。
磷酸铁锂是我国最早采用的技术路线,也是广受关注的正极材料之一,主要特点是不含有害元素,成本低廉,安全性非常好,循环寿命长,缺点是能量密度低,因此多用于电动大巴车及少量乘用车。
锰酸锂原料资源丰富、成本低、电池安全性好,早期的日系电动车有部分应用;但其主要缺点是电池比能量低,同时循环稳定性欠佳,目前主要应用于储能领域,且多与三元材料掺杂使用。
三元材料是指镍钴锰酸锂,它可以在比能量、循环性、安全性和成本方面进行调控。镍提升容量降低循环性,钴提高稳定性损害容量,锰降低成本改善安全,但破坏结构。不同的配置带来不同的性能。研发的重点就是找到材料的比例并达到综合性能最佳。当然也有替代的,比如把锰改用铝,就成了镍钴铝酸锂。三元材料主要用在动力电池。当下三元材料已成为正极材料增速最高的细分领域。
2、正极材料
a.碳酸锂&氢氧化锂
单水氢氧化锂是一种强腐蚀性的白色晶体粉末,传统应用领域主要是锂基润滑脂、玻璃陶瓷及石油化工,但伴随高镍锂电池需求的升温,电池材料已成为氢氧化锂市场的核心驱动力。
碳酸锂和氢氧化锂类似,都是锂盐,二者都是生产锂电池正极材料的锂源,处于锂产业链的中游冶炼加工环节。不同的是氢氧化锂具有强腐蚀性,属于危险化学品,生产难度高于碳酸锂。目前碳酸锂主要用于生产磷酸铁锂和三元材料中的中低镍正极材料上(NCM111、523以及部分 622),而氢氧化锂主要用于生产三元材料中的高镍正极材料(部分NCM622,全部的 NCM811、90505 以及 NCA)。
b.磷酸铁
磷酸铁,又名磷酸高铁、正磷酸铁,分子式为FePO4,是一种白色、灰白色单斜晶体粉末。是铁盐溶液和磷酸钠作用的盐,其中的铁为正三价。其主要用途在于制造磷酸铁锂电池材料
电池级正磷酸铁:纯度≥98.8%或大于99.5%,完全脱水,干燥保存。
c.三元前驱体
三元前驱体为镍钴锰氢氧化 物,按照元素的不同构成比例,可以分为 NCM811 前驱体、NCM622 前驱体、 NCM523 前驱体和 NCA 前驱体等。在锂电正极产业链中,正极材料的最终性能会继承其前驱体的形貌结构特点,前驱体的品质(形貌、粒径、粒径分布、比表面积、杂质含量、振实密度等)
特点:非常滑
d.四氧化三钴
四氧化三钴,黑色或灰黑色粉末。松装密度0.5-1.5g/cm3,振实密度2.0-3.0g/cm3。为一氧化钴合三氧化二钴的产物。露置空气中易于吸收水分,但不生成水合物。加热到1200℃以上时会分解为氧化亚钴。在氢气火焰中强热到900℃时,还原为金属钴。