锂电池正极材料的发展及现状

当前占据锂电池正极材料的产品主要是钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料等。 

锂电池正极材料兴起的第一阶段以钴酸锂（LCO）为主，在2005年~2011年。此阶段的正极材料市场受到消费电池驱动。 

LCO因为生产工艺简单，成为第一代成功在市场上取得广泛应用的正极材料，是公认的目前最成熟的正极材料。这种材料循环性能优异，比能量高，可以在高电压下工作而且在充放电的时候电压能够保持平稳。但由于含钴较多，其价格昂贵，而且它的比容量较低，抗过充电性能较差。这种材料还有一个比较致命的缺点就是在较高充电电压下它的比容量会快速衰减。这是由于在充电过程中Li+要从LCO中脱出，尽管材料的结构可以在Li+的脱出量少于50%的时候保持稳定，但只要Li+的脱出量超过50%时，材料就容易发生相变，相变会导致体积发生局很大的变化，造成材料颗粒的粉化。如果在这个时候继续充电，材料中的Co将溶解并释放出O2，电池的比容量就会快速衰减。虽然钴酸锂材料成本高，但是它依然是小型锂电领域正极材料的首选。钴酸锂的能量密度已经基本发展到当前现有的化学体系以及工艺设备下的极限，而其比容量因为受到了电解液在高压下容易分解问题的限制，相比其理论容量还是有较大的提升空间。未来如果在电解液技术上取得突破，钴酸锂的比容量就会得到进一步提升。 

由于新能源汽车市场的放量，锂电池正极材料在2014~2015年期间迎来了第二阶段的发展，磷酸铁锂正极材料（LFP）在市场上的占比快速增长。

LFP拥有稳定的橄榄石骨架结构，这种材料凭借具有高的能量密度、低廉的价格、优异的安全性、电池寿命较长等特点，仍是目前正极材料的研究热点之一。但这种材料的电压仅有大概3.3V，比起其他正极材料显然是很低的，这也代表了它的能量密度也低。同时，这种材料的电阻率也是比较大的，这使得它的导电性能也较差，不过这个缺点可以通过掺杂法、材料纳米化或包覆解决，从而获得良好的电化学性能。磷酸铁锂目前主要应用在电动工具和电动汽车领域。由于磷酸铁锂的电池寿命较长而且在成本上还有较多的降低空间，该材料算是目前比较有发展潜力的储能电池正极材料。未来发展方向必然是解决导电率问题和专利问题。