关键词：正极材料、光伏发电、别墅太阳能发电

 

与光伏发电的硅电池相比，锂离子电池的正极材料按结构可主要分为三类：①层状结构，如LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂等；②尖晶石结构，如LiMn₂O₄等；③橄榄石结构，如Li_xMPO₄(M =Fe，Co，Mn)。下表列出主要集中锂离子电池正极材料的性能参数比较。

 

1980年，Goodenough等首次合成了能够可逆嵌脱锂离子的层状LiCoO₂材料，1990年Sony公司推出首个采用LiCoO₂作为正极材料的锂离子电池。锂钴氧化物(LiCoO₂)仍是现阶段商品化锂离子电池中应用最成功、最广泛的正极材料，但在别墅太阳能发电行业中的家用光伏发电装置中却不适用。其在可逆性、放电容量、充放电效率和电压稳定方面较好，目前商品化锂离子电池70%以上仍然采用LiCoO₂作为其正极材料。LiCoO₂—般采用高温固相法制备，该种方法工艺简单、容易操作、适宜于工业化生产，但是反应物难以混合均匀，需要较高的反应温度和较长的反应时间，能耗大，产物颗粒较大，形貌不规则，均匀性差，并且难以控制，从而导致电化学性能重现性差。

 

锂镍氧化物(LiNiO₂)无过充或过放电的限制，具有高温稳定性好，自放电率低，无污染的特点，是继LiCoO₂之后研究得较多的层状化合物，且价格比LiCoO₂低。但在别墅太阳能发电行业中的家用光伏发电装置中还是无法适用，而且LiNiO₂制备困难，需要在富氧气氛下合成，工艺条件控制要求较高且易生成非计量化合物和无活性的立方晶系LiNiO₂，极易导致材料的电化学性能下降。其次与LiCoO₂一样，在充放电过程中会发生从三方晶系到单斜晶系的转变，造成容量衰减。并且，相变过程中排放的O₂可能与电解液反应。法国SAFT公司已经推出了LiNiO₂为正极材料的锂离子电池。

 

由于锰无毒，污染小，且锰资源丰富，比Co价格便宜很多，因此层状结构的LiMnO₂和尖晶石型的LiMn₂O₄都是正极材料研发的热点，别墅太阳能发电领域的科研人员也在对该领域进行研发。但是LiMnO₂在循环过程中，晶型易转变为尖晶石型结构，使其比容量下降。研究表明通过改变掺杂离子的种类和数量及掺杂阴（阳)离子可改变放电平台、容量和循环性能。层状锰镍钴三元复合氧化物正极材料(也称三元材料)综合了LiCoO₂，LiNiO₂，LiMnO₂三种层状材料的优点，其综合性能优于以上每一单一组分正极材料，存在明显的三元协同效应：通过引入Co，能够减少阳离子混合占位情况，有效稳定材料的层状结构；通过引入Ni，可提高材料的容量；通过引入Mn，不仅可以降低材料成本，而且还可以提高材料的安全性。而LiMn_xNi_yCo_1-x-yO₂材料充放电平台略高于LiCoO₂，适合现有各类锂离子电池应用产品，有望取代现有各类其他正极材料。三元材料的产业发展也显示了较好的势头，光伏发电行业的科研人员也希望能用在别墅太阳能发电领域。