動力鋰電池正極材料的技術發(fā)展趨勢

時間：2020-06-19

電動汽車的快速發(fā)展對動力鋰電池的性能提出了較高要求?！吨袊?jié)能與新能源汽車國家規(guī)劃（2012-2020）》中提出，到2020年，動力電池能量密度提高到300Wh/kg以上。而目前使用的磷酸鐵鋰、錳酸鋰和三元材料動力電池均達不到要求。未來可能的材料有正硅酸鹽復合正極材料、層狀富鋰錳基材料、硫基正極材料等。

1、正硅酸鹽復合正極材料

正硅酸鹽（Li2MSiO4，M=Fe、Co、Mn等）是一種新型的正極材料，其在理論上可以允許2個Li+的交換，因此具有較高的理論比容量，比容量高達300mAh/g以上，使其在動力廢舊鋰電池回收領域具有很大的發(fā)展前途。但由于釋放出*2個Li+的電壓較高，所以實際比容量只有150mAh/g左右。另外，Li2MSiO4具有電子導電率和離子擴散速率低等缺點，也限制了其商業(yè)化。目前常用的解決方法是將材料合成為納米材料、進行摻雜、進行碳包覆等，但仍需進行深入研究。

2.層狀富鋰錳基材料

層狀富鋰錳基復合正極材料xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(M=Ni、Mn、Co、Fe等)理論上具有接近300mAh/g的放電比容量，同時還兼具原材料價格廉價的優(yōu)點，是當前較有可能使動力電池能量密度達到300Wh/kg的正極材料體系。目前，國內外對層狀富鋰錳基固溶體材料的開發(fā)還處于試驗階段，尋求適合工業(yè)化生產的合成方法。我國“863”計劃對富鋰錳基固溶體材料電池的開發(fā)給予了支持，國內如當升科技等公司目前正在開展進一步研究。

3.硫基正極材料

單質硫是目前比容量較高的正極材料，以硫為正極的鋰硫電池，能量密度理論上高達2600Wh/kg，是現(xiàn)有動力電池的10倍以上，有望顯著提高電動汽車的續(xù)航里程，此外硫還具有價格低廉、儲量豐富、無毒等優(yōu)點，但是，單質硫的室溫電子電導率低，為電子絕緣體，不能單獨作為正極，其充放電過程中體積會發(fā)生膨脹，放電過程中產生的多硫離子會溶解發(fā)生擴散遷移，這些都制約了硫基材料的進一步發(fā)展應用。

為了解決上述問題，當前常用的方法是將硫與導電性能好、結構穩(wěn)定且具有吸附能力的材料進行復合，如硫/碳復合材料、硫/導電聚合物復合材料和硫/氧化物復合材料等。采用碳材料與硫進行復合，可以明顯改善硫正極材料的放電容量及循環(huán)性能，常用的碳材料包括多孔碳、碳納米管、石墨烯等。有研究者制備出的硫/石墨烯復合正極材料，用于鋰硫電池，表現(xiàn)出了良好的電化學性能。

目前，硫基正極材料已受到廣泛的關注，但是其距商業(yè)化應用還有一定距離。**上硫基正極材料研究的代表性廠商有美國的SionPower、Polyplus、Moltech，英國的Oxis及韓國三星等。中國的研發(fā)還集中在研究機構，以中國電子科技集團公司*十八研究所、中國人民**防化研究院、清華大學、上海交通大學、*科技大學、武漢大學、北京理工大學等科研院所為代表。

石墨烯在鋰電領域的應用現(xiàn)狀及前景

高工鋰電產業(yè)研究院（GGII）表示：石墨烯性能優(yōu)勢很**，其應用前景很廣闊，但材料制造環(huán)節(jié)的工藝及設備尚不成熟，真正大規(guī)模商業(yè)化應用尚需時日。目前，石墨烯在鋰電池領域的主要角色還是電池的復合材料（即材料添加劑），石墨烯可作為正負極導電劑，與正、負極材料復合做成復合材料，但無法作為正負極活性物質取代石墨類負極材料大批量使用。

清華能源互聯(lián)網(wǎng)研究員劉冠偉稱：“石墨烯電池”這個技術接近于不存在，石墨烯只有在理論上能夠提高充放電速率，而對于容(能)量的提升基本沒有任何幫助，其噱頭意義遠大于實用**。而且石墨烯材料本身納米材料的高比表面積等性質與現(xiàn)在的鋰離子電池工業(yè)的技術體系是不兼容的，應用的希望十分渺茫。

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詞條說明
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