怎么挑选动力型锂离子电池的正极资料？
跟着锂离子电动车在北京、上海、姑苏、杭州等国内大中城市的热销，越来越多的电动车厂商开端上马锂电车项目,但是，挑选什么样的锂电池成为他们面对的首要问题。尽管锂电池的维护电路现已比较老练，但对动力电池而言，要真实确保安全，正极资料的挑选十分要害。现在，在锂离子电池中运用量最多的正极资料有以下几种：钴酸锂（LiCoO2），锰酸锂（LiMn2O4），镍钴锰酸锂（LiCoxNiyMnzO2）以及磷酸铁锂（LiFePO4）。终究挑选哪种正极资料的锂电池？下文会做具体地剖析。
图1
测验锂离子电池的安全问题，过充（指充电电压超越其充电截止电压，对锂离子电池来说，一般能够将10V/节定为过充电压）是一个很好的办法。谈到过充，咱们应该首要了解一下锂离子电池的充电原理（如图1所示）。锂离子电池的充电进程是Li+从正极跑出来，经过电解液游到负极并得到电子，嵌入到负极资猜中，而放电的进程则相反。
衡量正极资料安全性首要检测：
A：容不简单在充电时构成枝晶。
锂离子电池的充电进程便是Li+从正极跑出来，经过电解液游到负极被复原并嵌入到负极资猜中；放电的进程则相反，负极资猜中的锂被氧化，经过电解液，嵌入正极资料。
根据循环性地考虑，钴酸锂（LiCoO2 ）资料的实践运用容量只需其理论容量的二分之一，即运用钴酸锂作为正极资料的锂离子电池在正常充电完毕后（即充电至截止电压4.2 V左右），LiCoO2正极资猜中的Li+将还有剩下。可用以下的简式标明：LiCoO2→0.5Li+Li0.5CoO2 （正常充电完毕）。此刻假如充电电压持续升高，那么LiCoO2正极资猜中的剩下的Li+将会持续脱嵌，游向负极，而此刻负极资猜中能包容Li+的方位已被填满，Li+只能以金属的方式在其外表分出。一方面，金属锂的外表堆积十分简单聚结成枝杈状锂枝晶，然后刺穿隔阂，形成正负极直接短路；别的，金属锂十分生动，会直接和电解液反响放热；一起，金属锂的熔断适当低，即便外表金属锂枝晶没有刺穿隔阂，只需温度稍高，比方因为放电引起的电池升温，金属锂将会熔解，然后将正负极短路，形成安全事故。总归，钴酸锂资料在充电电压过高的时分，比方说维护板失效的情况下，存在极大的安全危险，而动力锂离子电池的容量高，形成的破坏性将十分大。
镍钴锰酸锂（LiCoxNiyMnzO2）和钴酸锂相同，为确保其循环性，实践的运用容量也远低于其理论容量，在充电电压过高的情况下，存在内部短路的安全危险。
与之不同的是，锰酸锂（LiMn2O4 ）电池在正常充电完毕后，一切的Li+都现已从正极嵌入了负极。反响式可写作：LiMn2O4→Li + 2MnO2 。此刻，即便电池进入了过充状况，正极资料已没有Li+能够脱嵌，因而彻底避免了金属锂的分出然后减少了电池内部短路的危险，增强了安全性。
B：氧化-复原温度。
氧化温度是指资料发作氧化复原放热反响的温度，是衡量资料氧化才能的重要目标，温度越高标明其氧化才能越弱。下表列出了首要的四种正极资料的氧化放热温度：
从表中能够看出，钴酸锂（包含镍钴锰酸锂）很生动，具有很强的氧化性。因为锂离子电池的电压高，因而运用的对错水的有机电解质，这些有机电解质具有复原性，会和正极资料发作氧化复原反响并开释热量，正极资料的氧化才能越强，其发作反响就越剧烈，越简单引起安全事故。而锰酸锂和磷酸铁锂具有较高的氧化复原放热安稳，其氧化性弱，或者说热安稳要远优于钴酸锂和镍钴酸锂，具有更好的安全性。
由上述归纳体现可知：钴酸锂（LiCoO2）是极不合适用在动力型锂离子电池范畴的；锰酸锂（LiMn2O4）和磷酸铁锂（LiFePO4）为正极资料的锂电池的安全性是国内外公认的。
姑苏星恒电源有限公司运用经过外表纳米包覆处理的锰酸锂作为正极资料，外表改性后的锰酸锂的氧化性下降，然后能进一步进步安全性。
磷酸铁锂不是干流的正极资料
动力型锂离子电池要求能够高倍率充放电，即大电流、短时刻放出电能；动力锂离子电池的另一个要求是低温功能。从资料自身看来，磷酸铁锂现在还不能统筹大电流放电、低温功能和简便细巧的要求。
1. 从资料特性上看
1)磷酸铁锂的能量密度比较低，导致出产出来的电池体积较大，分量较沉；
2)磷酸铁锂资料的电子电导低，有必要参加碳黑或进行改性才能够进步电导率，但这样又会导致体积变大，添加电解液；
3)磷酸铁锂资料在低温情况下电子电导更低，其低温功能是其运用于动力电池的另一妨碍。
现在，美国Valence科技、A123公司和加拿大Phostech公司等世界级大公司能够供给磷酸铁锂的样品和电池，但这些样品与现在老练的锰酸锂比较，电压、密度、大电流和低温功能都相差较多。有一数据可标明，以磷酸铁锂为正极的18650电池的容量仅能到达1300mAh/g ；
2. 从技能老练度上看
因为安全性过关，磷酸盐是锂电池正极资料的发展趋势。但因为磷酸铁锂与锂离子电池的运用时刻远远短于钴酸锂和锰酸锂，还停留在产品运用的初级阶段，需求阅历一个由小到大的发展进程，所以现在不行能成为动力型锂离子电池的干流正极资料。
3. 从电池本钱上看
磷酸铁锂的制作需求碳酸锂做首要资料，还需求氩气与氮气等维护气，制形本钱很大。现在世界商场最好的磷酸铁锂价格是30多万元/吨，但产值很小，批量不安稳；国内的价格是在15-16万元/吨，在未来的3-5年之内，磷酸铁锂的价格会居高不下，现在，锰酸锂的价格是8-10万元/吨。
4. 从完成批量出产的可行性上看
正极资料的本钱仅仅电池本钱的一部分，正极资料的价格下降不会给电池全体本钱带来实质的影响。在电池的出产制作中，正极资料仅占原资猜中的15%-20%，还需求考虑电解液、制作工艺，良品率低一级问题，其间，磷酸铁锂电池制作工艺问题还有待处理。现在，从试验室中是能够做出动力磷酸铁锂电池，但磷酸铁锂的资料安稳性差，资料工艺比较复杂，涂膜难，制备进程难，进入批量出产需要时日。
综上所述，磷酸铁锂不管在技能老练度、功能、本钱、制作工艺方面都存在缺陷，尽管不失为未来研制的一个挑选，但不合适现阶段的商场运用。
锰酸锂得到国内外抢先制作商的一起认同
1. 技能老练，安全有保证。
锰酸锂的安全性现已毋庸置疑，姑苏星恒电源有限公司开发的改性锰酸锂在容量和循环功能上体现更优异。一起，选用锰酸锂作为正极资料的星恒产品仍是国内榜首个运用于电动汽车的高功率锂离子电池。在国家“863”方案电动汽车严重专项组的一致测验中，星恒的安全性、循环、高低温功能等测验悉数过关，成为仅有的当选单位。
下图为55℃时，星恒改性锰酸锂电池的容量循环衰减图，此图标明：星恒的改性锰酸锂在高温55℃下仍具有杰出的循环功能。充放电循环200次后，容量坚持率仍到达90％以上，显现出优异的高温循环安稳性与结构安稳性，能够满意电动自行车用动力型锂离子电池高温环境下的运用要求。
上图为两种锰酸锂锂离子电池的倍率特性比较图。此图标明：星恒改性锰酸锂明显进步了资料的充放电倍率，简直挨近100％。
试验还标明：星恒改性锰酸锂下降了资料因为温度升高而引起的与电解液的氧化反响，具有更好的热安稳性。
由此可见，星恒的改性锰酸锂耐过充性更好，高倍率放电承受才能更强，安全功能更好，并且还克服了一般的锰酸锂所具有的许多缺陷，十分合适在动力型大容量锂离子电池中运用。
2. 销量榜首，商场查验运用。
在国内商场，姑苏星恒的锰酸锂电池现已大批量出产，运用在电动自行车范畴现已超越4万组，海外出售突破了1万组，占国内电动自行车锂电池商场份额的80%以上。而经过1年多的商场查验，星恒锰酸锂电池的归纳客诉率不超越3%，无一例安全性问题，显现了星恒锰酸锂电池安稳的功能和过硬的质量。
3. 锰酸锂是世界高水平厂商一起的挑选。
世界上，日本的动力锂电池技能研制最早，技能水平最高。以三洋、日立为代表锂电池厂商悉数挑选锰酸锂作为动力型锂离子电池正极资料，并广泛运用于电动自行车及电动汽车上。这说明，只需锰酸锂才是现在干流的正极资料。
综上所述，尽管磷酸铁锂有它共同的长处，但就现在的技能水平来说，还不是动力型锂离子电池正极资料的首选，它的老练还需求更长时刻的研讨投入，所以锰酸锂仍是现在动力锂离子电池正极资料的首选。■
