Page 140 - 能源动力工程的发展与展望

D 能源动力工程的发展与展望
evelopment and Prospects of Energy and Power Engineering

材料可逆容量非常低。纳米化和碳基材料负载可大幅度提高其可逆容量。另外，
此类材料无锂，使用时需预先锂化或匹配含锂负极。相比于 NCA、NCM 等含锂
正极，过渡金属氟化物正极优势有待发掘。
一元锂氧化物大都具有层状二维结构，LiCoO2 的电压平台在 3.6~4.2V，500

次循环后，容量保持率达到 80% 以上，但由于其毒性较大、价格昂贵、资源稀缺，
尚未实现大规模商业化生产。同周期的副族元素（钪、钒、铁、铜、锌、铬、钛）
均不适合作为 LIB 正极材料使用。镍的锂氧化物主要为 LiNiO2，可用作电极材料，

目前，批量合成优质的 LiNiO 2 仍然十分困难。由于锰的锂氧化物难以合成质量
均一的产品而且循环稳定性不良，仍停留在实验室研究阶段。二元过渡金属锂氧
化物（LiCoxNi1–xO 2 及 LiCoxMn1–xO 2 ）可较大程度提高材料的循环寿命，获得
成本低、循环稳定的正极材料，但材料的循环寿命仍难以满足消费者的使用要求。

由于 LiCoO 2 的结构比 LiNiO 2 及 LiMnO 2 的结构更稳定，制备三元过渡金属锂氧
化物 LiNixMnxCo1–x–yO 2 （NCM）正极材料具有较大实际应用价值。氧化镍钴
铝锂（LiNixCoyAl1-x-yO 2 ，NCA）是与 NCM 同时研究开发的正极，其规模应用
还需在前驱体合成方面进行技术攻关。LiFePO 4 与传统的 LiMO 2 （M=Co,Ni,Mn）、

LiMn 2 O 4 、NCA、NCM 正极材料相比，物料来源广泛，价格低廉，是已知的正
极材料中对环境最友好、最安全的正极材料，但也存在温度敏感等问题。近几年
来一些具有较高比容量的正极及高电压正极材料逐渐受到科研工作者的关注，开
发了许多潜在商业化价值的正极材料。
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例如：V 2 O 5 及其改性物、Li xV 3 O 8 、富锂锰基正极材料、反尖晶石相的
V[LiM]O 4 （M=Ni、Co）、硅酸盐正极 Li 2 MSiO 4 （M=Fe、Mn、Co、Ni）、过渡
金属氟化物等。LIB 领域仍存在巨大的机遇和挑战，经过 30 年的不断发展，高
性能 LIB 可以满足通信、便携式电子设备、电动汽车和混合动力汽车的需求。近

年来，学术和工业界已经进行了大量的尝试，试图突破 LIB 在成本、安全性、能
量密度和寿命方面的局限。LIB 大规模应用需要进一步提高能量密度，同时降低
成本。而在 LIB 中，正极材料的能量密度和效率相对较低是 LIB 的研究热点。
正极材料是决定锂离子电池性能和价格的关键，但许多正极材料受到导电性低、
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Li 扩散速率慢、与电解质相互作用不良、热稳定性低、体积膨胀率高和力学性
能弱的限制。未来，随着对高比能量可移动电源需求的增长，将出现循环寿命长、
快速充放电性能好的高比容量、低成本富锂氧化物正极材料。伴随着新材料技术

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