鋰離子電池具有比能量高、儲能效率高和壽命長等優(yōu)點(diǎn)，近年來逐步占據(jù)電動汽車、儲能系統(tǒng)以及移動電子設(shè)備的主要市場份額。從1990年日本Sony公司**實(shí)現(xiàn)鋰離子電池商業(yè)化至今，負(fù)*材料一直是碳基材料，而正*材料則有了長足的發(fā)展，是推動鋰離子電池性能提升的*關(guān)鍵材料。鋰離子電池正*材料的粒度、形貌、比表面積、振實(shí)密度、結(jié)構(gòu)、成分等理化性能和電化學(xué)性能對鋰離子電池正*材料的應(yīng)用有著重要的影響。準(zhǔn)確分析測定這些性能參數(shù)對鋰離子電池正*材料研發(fā)者和使用者都有著重要的意義。

鋰離子電池正*材料的發(fā)展

產(chǎn)業(yè)對鋰離子電池的性能要求決定了正*材料的技術(shù)指標(biāo)。而這些技術(shù)指標(biāo)中*重要的是比能量和循環(huán)性能，其次是比功率、安全性、可靠性、成本和一致性等性能指標(biāo)。比能量越高，單位能量（Wh）的材料成本就下降；循環(huán)壽命越長，電池的實(shí)際使用成本就低。目前移動智能終端用鋰離子電池需要滿足比能量700Wh/L以上、循環(huán)性能200次以上的要求，而電動車用鋰離子電池需要滿足比能量140Wh/kg（磷酸鐵鋰或者錳酸鋰正*材料）或200Wh/kg（層狀氧化物正*材料）以上、循環(huán)性能1500次以上的要求。鋰離子電池正*材料需滿足上述電池指標(biāo)才可能被電池主流市場所接受。而目前鋰離子電池的比能量和循環(huán)性能主要取決于正*材料，因而鋰離子電池正*材料的主要研發(fā)目標(biāo)就是高比能量、長循環(huán)壽命。

當(dāng)前，滿足鋰離子電池主流市場對電池性能要求的正*材料主要有層狀鈷酸鋰LiCoO2材料（LCO）、尖晶石錳酸鋰LiMn2O4材料（LMO）、橄欖石磷酸鐵鋰LiFePO4材料（LFP）、橄欖石磷酸錳鐵鋰LiMn0.8Fe0.2PO4材料（LMFP）、層狀三元材料LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2材料（NMC333）、層狀三元材料LiNi0.4Mn0.4Co0.2O2（NMC442）、LiNi0.5Mn0.4Co0.2O2（NMC532）、LiNi0.6Mn0.4Co0.2O2（NMC622）、LiNi0.7Mn0.4Co0.2O2（NMC721）、LiNi0.8Mn0.4Co0.2O2（NMC811）和層狀高鎳材料LiNi0.8Co0.1**l0.05O2（NCA）等。從產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的角度，上述各材料因具有不同的物理化學(xué)特點(diǎn)，適合于不同應(yīng)用領(lǐng)域的鋰離子電池，因而材料產(chǎn)品的關(guān)鍵性能指標(biāo)也有所差異。

傳統(tǒng)正*材料

鈷酸鋰LiCoO2（LCO）材料是目前壓實(shí)密度*高的正*材料，因此所制備的鋰離子電池體積比能量*高，成為平板電腦和移動智能終端用鋰離子電池的主要正*材料。其缺點(diǎn)主要是鈷資源有限、成本高，限制了其在電動車領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。尖晶石錳酸鋰LiMn2O4（LMO）材料的主要優(yōu)點(diǎn)是原料資源豐富、成本低、電池安全性好；其公認(rèn)的主要缺點(diǎn)是電池比能量低，同時(shí)循環(huán)穩(wěn)定性欠佳。目前，LMO雖然已經(jīng)很少用于車用動力電池，但在對成本較為敏感的電動自行車等小型動力電池行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。此外，隨著人們對車用大型動力電池安全性的關(guān)注，與三元材料共混使用也成為LMO材料的主要用途之一。

橄欖石磷酸鐵鋰LiFePO4（LFP）材料的主要優(yōu)點(diǎn)是原料資源豐富、成本低、電池安全性和循環(huán)性能好，其主要缺點(diǎn)是電池比能量低。該材料在大規(guī)模儲能行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。橄欖石磷酸錳鐵鋰LiMn0.8Fe0.2PO4（LMFP）材料是LFP材料的升級版，比能量比LFP高10%；由于Mn和Fe原料的反應(yīng)動力學(xué)和對還原氣氛的要求存在差異，該材料的主要缺點(diǎn)是制備困難。

三元正*材料

三元材料的發(fā)展歷程是從本世紀(jì)初開始的。上世紀(jì)90年代后期，隨著LCO的大規(guī)模應(yīng)用，受鈷資源的限制，人們希望用資源更為豐富的鎳來取代鈷。層狀三元材料LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2（NMC333）在所有由Ni、Co、Mn過渡金屬元素組成的層狀氧化物正*材料中綜合性能*好，是目前乘用車動力電池的主要正*材料。由于三元過渡金屬中鎳比例低于等于50%時(shí)，材料的燒結(jié)氣氛是空氣，生產(chǎn)成本相對較低；而鎳比例高于等于60%時(shí)，燒結(jié)氣氛需要氧氣或者氧氣/空氣混合氣體，生產(chǎn)成本相對較高。因此在空氣氣氛燒結(jié)的三元系列正*材料中，NMC532是鎳含量*高的，容量也*高，性價(jià)比好，目前有一定的市場份額。NMC622是一款綜合性能很好的正*材料，缺點(diǎn)是制備較難。NMC811和NCA，這兩種材料的主要優(yōu)點(diǎn)是比容量高，同時(shí)鎳資源比鈷豐富、成本比鈷低，原料資源受限的問題相對較小。缺點(diǎn)是材料制備難度大，對水份非常敏感，電池制備的條件和技術(shù)門檻高。NCA目前已經(jīng)開始規(guī)模應(yīng)用在電動車產(chǎn)業(yè)中，而NMC811則被公認(rèn)為是比能量超過300Wh/kg鋰離子電池的主要選擇之一。

鋰離子電池正*材料的分析方法

鋰離子電池正*材料的粒度、形貌、比表面積、振實(shí)密度、結(jié)構(gòu)、成分等理化性能和電化學(xué)性能對鋰離子電池正*材料的應(yīng)用有著重要的影響。準(zhǔn)確分析測定這些性能參數(shù)對鋰離子電池正*材料研發(fā)者和使用者都有著重要的意義。而百檢網(wǎng)在鋰離子電池正*材料理化性能和電化學(xué)性能方面都有著強(qiáng)大的分析能力，尤其在正*材料成分分析上，可以做到準(zhǔn)確定性定量。

鋰離子電池正*材料的表征分析

鋰離子電池正*材料的粒度及粒度分布對電池的安全性能和*片的壓實(shí)密度有較大影響，同時(shí)也對電池材料的電性能有影響。粒度分析方法主要有沉降法、篩分法、庫爾特法、電鏡統(tǒng)計(jì)觀察法、電超聲粒度分析法、激光衍射法、動態(tài)光散射法。材料的形貌分析*常用的手段是掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)。TEM分辨率更高，可以達(dá)到0.1nm～0.2nm，除了對樣品進(jìn)行形貌分析，還可以分析樣品的晶體結(jié)構(gòu)。有時(shí)根據(jù)材料形貌的特殊要求，也用到掃描隧道顯微鏡(STM)和原子力顯微鏡(AFM)。鋰離子電池正*材料的比表面積與材料的加工性能有關(guān)。因此比表面積分析也是鋰離子電池正*材料理化性能分析中重要的一項(xiàng)。鋰離子電池正*材料比表面積分析方法主要采BET法。鋰離子電池正*材料的結(jié)構(gòu)決定了鋰離子脫嵌路徑方式的不同，對鋰離子電池的電化學(xué)性能等產(chǎn)生明顯影響。鋰離子電池正*材料結(jié)構(gòu)分析方法有X射線衍射(XRD)法、紅外光譜法、拉曼光譜法等。

鋰離子電池正*材料的成分分析

鋰離子電池正*材料成分分析主要分為主體元素成分分析和摻雜元素成分分析。摻雜元素成分分析因?yàn)閾诫s元素含量較低，分析方法相對簡單。根據(jù)摻雜元素的含量和種類可以采用吸光光度法、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-OES)、電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)、原子吸收光譜法(AAS)等，百檢網(wǎng)在微量和痕量元素測試上有著較強(qiáng)的分析測試能力，檢出限可以做到ppb級別。主體元素成分分析因?yàn)樵睾扛撸瑐鹘y(tǒng)的方法是采用滴定法分析，滴定法精確度較高，但是缺點(diǎn)是步驟比較繁瑣。現(xiàn)在通常使用ICP方法去測定，但是三元材料中的鎳鈷錳含量為常量級，所以需要將樣品稀釋千倍以上，而稀釋倍數(shù)越大，誤差也越大。針對這種情況，百檢網(wǎng)自主開發(fā)了一套ICP測試三元主量元素的方法，可以做到既數(shù)據(jù)精準(zhǔn)又操作簡單。

固定儲能和移動儲能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，拉動了鋰離子電池正*材料的技術(shù)進(jìn)步。同時(shí)針對正*材料的理化性能和應(yīng)用性能的分析方法也很多，從中篩選和確定適合鋰離子電池正*材料性能的分析方法，有助于鋰離子電池正*材料工作者準(zhǔn)確分析自己材料的性能，也有助于不同鋰離子電池正*材料工作者相互之間數(shù)據(jù)的比較，對推動鋰離子電池正*材料的發(fā)展有重要的意義。