鋰離子電池NCM三元正極材料的研究進(jìn)展

賴春艷, 雷軼軻, 蔣宏雨, 李佳煒

(上海電力大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院, 上海 200090)

隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重,新型可再生能源的開發(fā)和利用變得越來(lái)越重要。在新能源開發(fā)利用中,儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)揮著重要作用。在眾多化學(xué)儲(chǔ)能器件中,鋰離子電池由于其高比容量、無(wú)記憶效應(yīng)、自放電低、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用[1]。1991年,索尼公司首次將鈷酸鋰為正極、焦炭為負(fù)極的鋰離子電池商品化。目前,鋰離子電池已經(jīng)廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、計(jì)算機(jī)、電動(dòng)汽車、電子設(shè)備、電力儲(chǔ)能等領(lǐng)域。但隨著人類發(fā)展和技術(shù)的不斷進(jìn)步,傳統(tǒng)的鋰離子電池體系難以滿足人們對(duì)于鋰離子電池高比能量的要求,因此研究開發(fā)高比容量的電極材料是鋰離子電池持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。

正極材料作為鋰離子電池中最為重要的組分之一,其比容量的高低在很大程度上限制了整個(gè)電池體系的能量密度。常見的鋰離子電池正極材料有層狀鈷酸鋰、橄欖石結(jié)構(gòu)磷酸鐵鋰、尖晶石結(jié)構(gòu)錳酸鋰以及新興的鎳鈷錳三元正極材料等。其中:鈷酸鋰由于循環(huán)性能優(yōu)異、電壓平臺(tái)高等優(yōu)點(diǎn)最早被商業(yè)化,但鈷的價(jià)格較高,資源匱乏,使得鈷酸鋰的發(fā)展受到了限制;磷酸鐵鋰結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、價(jià)格低廉、安全性能優(yōu)異,但存在充放電電壓低、能量密度低等缺點(diǎn)。鎳鈷錳三元材料兼?zhèn)淞蒜捤徜嚒㈠i酸鋰和鎳酸鋰3種材料的特點(diǎn),在一定程度上弱化了各自的不足之處,具有成本較低、環(huán)境污染小、毒性低、能量密度高、電壓平臺(tái)高等優(yōu)點(diǎn),因此三元材料迅速成為鋰離子電池材料發(fā)展的重要方向。……