鋰離子電池之四種正極材料比較

四種正極材料中，鈷酸鋰（LiCoO2）和鎳鈷錳酸鋰（NCM三元材料）具有層狀結(jié)構(gòu)，磷酸鐵鋰（LiFePO4）具有橄欖石結(jié)構(gòu)，錳酸鋰（LiMn2O4）具有尖晶石結(jié)構(gòu)。四種正極材料均實(shí)現(xiàn)商業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，且應(yīng)用于不同場(chǎng)景的鋰離子電池中。

圖片來(lái)源：學(xué)堂在線《鋰離子電池材料與技術(shù)》

下文從能量密度、倍率、壽命、安全、成本五個(gè)維度比較四種正極材料：

1、磷酸鐵鋰

磷酸鐵鋰具有橄欖石結(jié)構(gòu)，晶體架構(gòu)由結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的聚陰離子的磷氧四面體構(gòu)成，但磷氧四面體僅能構(gòu)建一維鋰離子傳輸通道，導(dǎo)致鋰離子擴(kuò)散速度較慢。因此，磷酸鐵鋰具有循環(huán)壽命高，熱穩(wěn)定性好，安全且成本低的優(yōu)勢(shì)；具有大倍率放電容量衰減快，低溫放電容量衰減快的劣勢(shì)。

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2、鈷酸鋰和鎳鈷錳酸鋰（NCM三元材料）對(duì)比

鈷酸鋰和鎳鈷錳酸鋰（NCM三元材料）均具有α-NaFeO2層狀結(jié)構(gòu)，具有相近的理論克容量，均具有較高能量密度的優(yōu)勢(shì)，均具有高脫離態(tài)下層狀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低及成本相對(duì)較高的劣勢(shì)。

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鈷酸鋰和鎳鈷錳酸鋰（NCM三元材料）的不同點(diǎn)：

鈷酸鋰壓實(shí)密度高，高電壓應(yīng)用下，實(shí)際克容量發(fā)揮高，廣泛應(yīng)用于對(duì)體積能量密度更為敏感的數(shù)碼軟包鋰離子電池中。

鎳鈷錳酸鋰（NCM三元材料）中，鈷含量較低。通過提鎳降鈷制成的鎳鈷錳酸鋰（NCM三元材料），克容量發(fā)揮高于鈷酸鋰，成本低于鈷酸鋰，因此鎳鈷錳酸鋰（NCM三元材料）廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車以及部分消費(fèi)類電子產(chǎn)品。

3、磷酸鐵鋰和鎳鈷錳酸鋰（NCM三元材料）的對(duì)比

鎳鈷錳酸鋰（NCM三元材料）的能量密度更高，用于電動(dòng)汽車可使電動(dòng)汽車的續(xù)航里程相對(duì)增加；磷酸鐵鋰穩(wěn)定性更高，用于電動(dòng)汽車可使電動(dòng)汽車安全性相對(duì)提高。

磷酸鐵鋰電池成本低，適用于小型車；鎳鈷錳酸鋰（NCM三元材料）電池成本高，可用于豪華車。

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4、錳酸鋰

錳酸鋰具有尖晶石結(jié)構(gòu)，屬于立方晶系，具有空間上三維鋰離子傳輸通道，在大倍率充放電的條件下，具有優(yōu)勢(shì)；錳酸鋰中不含有金屬鈷，合成方法簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。因?yàn)?3價(jià)的錳離子在高溫下易發(fā)生歧化和溶解，所以錳酸鋰的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性低于磷酸鐵鋰；高溫下，錳酸鋰具有電池壽命衰減快的缺點(diǎn)。

綜上，錳酸鋰廣泛應(yīng)用于充電寶和移動(dòng)電源等細(xì)分領(lǐng)域。

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5、四種正極材料性能綜合對(duì)比

下圖綜合表示四種正極材料性能的對(duì)比：

能量密度：鈷酸鋰具有最大的體積能量密度，鎳鈷錳酸鋰（NCM三元材料）位列第二。

倍率：錳酸鋰最具優(yōu)勢(shì)，磷酸鐵鋰表現(xiàn)最劣。

壽命：磷酸鐵鋰壽命最長(zhǎng)，其次是鎳鈷錳酸鋰（NCM三元材料），錳酸鋰壽命最短。

安全：磷酸鐵鋰與錳酸鋰占據(jù)優(yōu)勢(shì)。

成本：鈷酸鋰成本最高，磷酸鐵鋰和錳酸鋰成本相對(duì)較低。

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審核編輯：劉清