锂电池各个体系性能参数

钴酸锂

1.钴酸锂的概述

1992年SONY公司商品化锂电池问世，由于其具有工作电压高、能流密度高、循环压寿命长、自放电低、无污染、安全性能好等独特的优势，现已广泛用作移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等的电源。并已在航天、航海、人造卫星、小型医疗仪及军用通讯设备中逐步发展成为主流应用的能源电池。Sony公司推出的第一块锂电池中，正极材料是钴酸锂，负极材料为碳。其中，决定电池的可充电最大容量及开路电压的主要是正极材料。因此我国现有的生产正极材料公司，产品几乎全部是钴酸锂。与钴酸锂同属4伏正极材料的候选体系有镍酸锂和锰酸锂两大系列，这两个系列材料在性能上各有长短，锰酸锂在原料价格上优势明显。但在容量和循环寿命上存在不足。钴酸锂的实际使用比容量为130mAh／g，循环次数可达到300至500次以上：而锰酸锂的实际比容量在100mAh ／g左右，循环次数为100至200次。另外，磷酸铁锂电池有安全性高。稳定性好、环保和价格便宜优势，但是导电性较差，而且振实密度较低。因此其在小型电池应用上没有优势。国内钴酸锂市场需求变化呈现典型的中国市场特征，历史较短，但发展较快，多数企业在很短时间进入，但生产企业规模不大，产品主要集中在中低档。

2002年，国内钴酸锂材料市场需求量为2400吨，大多数产品依靠进口，但随着国内主要生产企业的投产，产能和需求量得到了极大的提升，2006年需求量达到6500吨，2008年需求量接近9000吨。

2001年全球主要生产高性能钴酸锂、氧化钴材料的生产企业是比利时Umicore 公司，美国OMG和FMC公司,日本的SEIMEI和日本化学公司等国外企业。另外台湾地区的台湾锂科科技公司也是重要的生产企业。而国内的生产企业为北京当升科技、湖南瑞翔、中信国安盟固利、北大先行和西安荣华等。这些生产企业有些是从科研机构孵化而来，有些是具有上有资源优势的企业。

2.钴酸锂的材料构成

LiCoO2在目前商业化的锂离子电池中基本上选用层状结构的锂离子二次电池正极材料（钴酸锂）的液相合成工艺，它采用聚乙烯醇（ＰＶＡ）或聚乙二醇（ＰＥＧ）水溶液为溶剂，锂盐、钴盐分别溶解在ＰＶＡ或ＰＥＧ水溶液中，混合后的溶液经过加热，浓缩形成凝胶，生成的凝胶体再进行加热分解，然后在高温下煅烧，将烧成的粉体碾磨、过筛即得到钴酸锂粉。与现有技术相比，本发明具有合成温度低，得到的产品纯度高、化学组成均匀等优点。

3.钴酸锂的制备

1活性钴酸锂的制备方法，其特征是包括以下步骤：以原生钴矿石为原料，制取高纯钴盐溶

液；在弱氧化气氛下，将浓度为40～70g/l的高纯钴盐溶液与浓度为60～200g/l的沉淀剂混合反应，反应温度为40～80℃，反应时间5～60分钟，反应后pH值为7.2～9.5，过滤、洗涤、干燥得电池级钴盐；在弱氧化气氛下，以400～830℃煅烧电池级钴盐2～7小时，经粉碎制得微米或纳米级四氧化三钴；将粉碎的微米电池级碳酸锂与微米或纳米级四氧化三钴按1.00～1.04∶1摩尔比称量配比后混合，在弱氧化气氛下，以450～950℃煅烧10～20小时，粉碎、分级制得成品。按本发明制得的材料，除化学性能、物力性能优越外，还具有优异的电化学性能。

2钴酸锂的制备方法，其特征是包括以下步骤：a.以原生钴矿石为原料，制取高纯钴盐溶液；

b.在弱氧化气氛下，将浓度为40～70g/l的高纯钴盐溶液与浓度为60～200g/l 的沉淀剂混合反应，反应温度为40～80℃，反应时间5～60分钟，反应后PH值为7.2～9.5，过滤、洗涤、干燥得电池级钴盐；

c.在弱氧化气氛下，以400～830℃煅烧电池级钴盐2～7小时，经粉碎制得微米或纳米级四氧化三钴；

d.将粉碎的微米电池级碳酸锂与微米或纳米级四氧化三钴按1.00～1.04∶1 摩尔比称量配比后混合，在弱氧化气氛下，以450～950℃煅烧10～20小时，粉碎、分级制得成品

4.钴酸锂的优劣性

该正极材料的主要优点为：工作电压较高（平均工作电压为3.7V）、充放电电压平稳，适合大电流充放电，比能量高、循环性能好，电导率高，生产工艺简单、容易制备等。主要缺点为：价格昂贵，抗过充电性较差，循环性能有待进一步提高

三元材料

钴酸锂锂是目前应用最广的电池材料，但钴资源日益匮乏，价格昂贵，且钴酸锂电池在使用过程中存在安全隐患。镍钴锰酸锂以相对廉价的镍和锰取代了钴酸锂中三分之二以上的钴，成本方面优势非常明显，和其他锂离子电池正极材料锰酸锂、磷酸亚铁锂相比，镍钴锰酸锂材料和钴酸锂在电化学性能和加工性能方面非常接近，使得镍钴锰酸锂材料成为新的电池材料而逐渐取代钴酸锂，成为新一代锂离子电池材料的宠儿。

分子式：LiNixCoyMn1-x-yO2 外观：黑色固体粉末，流动性好，无结块物相：符合纯相 LiNiO2结构

形貌：球形或类球形颗粒

主要用途

锂离子电池正极材料。如动力电池、工具电池、聚合物电池、圆柱电池、铝壳电池等。

镍钴锰酸锂性能

（1）高能量密度，理论容量达到280 mAh/g，产品实际容量超过150 mAh/g；

（2）循环性能好在常温和高温下均具有优异的循环稳定性；

（3）具有电压高在2.5-4.3/4.4V电压范围内循环稳定可靠；

（4）热稳定性好在4.4V充电状态下的材料热分解稳定；

（5）循环寿命长1C循环寿命500次容量保持80%以上；

（6）晶体结构理想、自放电小、无记忆效应等突出优点。

制备

镍钴锰酸锂的制备方法主要采用高温固相合成法，共沉淀法。目前主要采用锰化合物、镍化合物及钴酸锂和氢氧化锂作为原料，通过水热反应，得到锂、锰、钴、镍结合良好的前提，再对前提补充配入锂源并研磨得到前躯体，经过煅烧制备得到镍钴锰酸锂。随着全球资源的日益紧张及环境的压力，电池材料必须走定线循环之路。邦普循环科技有限公司成功发明了一种以废旧锂离子电池定向循环镍钴锰酸锂的方法。其主要特点是：将废旧锂离子电池经过拆解、分选、粉碎、筛分等预处理后，再采用高温除粘结剂、氢氧化钠除铝等工艺，采用硫酸和双氧水体系浸出、P204萃取除杂，得纯净的镍、钴、锰溶液，配入适当的硫酸锰、硫酸镍或硫酸钴，调节镍、钴、锰元素的摩尔比；随后采用碳酸铵调节PH值，形成镍钴锰碳酸盐前躯体，接着配入适当碳酸锂，高温烧结合成镍钴锰酸锂。该方法工艺流程简单，原料价格低，，产品附加值高。为废旧电池资源化利用产业及镍钴锰酸锂的生产提供了一条全新的途径。

性能参数：

以下数据来自国内以废旧电池为原料定向循环制备镍钴锰酸锂的佛山市邦普循环科技有限公司

（1）振实密度（g/cm3）2.0-2.4；

（2）比表面积（m2/g）0.3-0.8；

（3）粒径大小D50（um）9-12；

（4）首次放电容量（0.2C）﹥148；

（5）Ni（%）19.5-21.5；

（6）Co（%）19.5-21.5；

（7）Mn（%）18.0-20.0；

（8）Ni+Co+Mn（%）58.0-62.0；

（9）首次可逆效率（%）﹥88.

优点：容量比较高的材料，其比容量比钴酸锂高出30%以上，而且和钴酸锂有相同的上下限电压，比较容易规模化利用，价格相对便宜。安全性也相对较好，价格相对较低，与电解液的相容性好，循环性能优异，是最有可能在小型通讯和小型动力领域同时应用的电池正极材料，甚至有在大型动力领域应用的可能。

缺点：材料的合成相对困难，材料的密度相对较低，材料的电压平台较低，充放电效率较低，和电解液相容性和安全性差等缺陷