鋰離子電池電極中的各種材料及其基本用途特性
1、導(dǎo)電劑類
碳墨類導(dǎo)電劑，屬無(wú)定形碳，導(dǎo)電性能良好，有強(qiáng)吸附性，比表面積大，約為60-100 m2/g，其本身沒(méi)有容量。
人造石墨類導(dǎo)電劑，導(dǎo)電性較碳墨類稍差，但比表面積較小，為10-30m2/g，本身有容量，約為290mAh/g，其加工性能較好。
另外還有天然石墨類，因其本身導(dǎo)電性良好，也可作為導(dǎo)電劑，又因本身容量較高，也可作為負(fù)極材料。而納米級(jí)碳纖維，導(dǎo)電性能良好，加工性能良好，但價(jià)格昂貴。
2、電極材料
就一般鋰離子二次電池而言
正極材料：鈷酸鋰，本身克容量135-150mAh/g，壓實(shí)密度3.65-4.00g/cc，放電平臺(tái)高，加工性能好，良好的循環(huán)性能。
普通人造石墨：克容量290-310mAh/g，壓實(shí)1.45-1.55g/cc。
負(fù)極材料：人造石墨、中間相碳微球、天然石墨改性類等等。
中間相碳微球：克容量310-320mAh/g，壓實(shí)1.55-1.60g/cc。
天然石墨改性：克容量320-340mAh/g，壓實(shí)1.55-1.65g/cc。
3、膠類：
對(duì)于俗名為PVDF的高分子膠來(lái)說(shuō)，其化學(xué)名為聚偏氟乙烯，其粘度的大小受分子量、官能團(tuán)位置及加工工藝影響。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于相同加工工藝、相同官能團(tuán)位置，則其分子量越大其粘度越高，但隨著粘度的增高，其對(duì)漿料的沉降現(xiàn)象也就更為明顯。
而CMC和SBR則為水性體系中所配合使用的膠。 CMC（羧甲基纖維素納）：本身有粘接性能，但在水性體系中其最基本作用還是分散材料及SBR。 SBR（丁苯橡膠乳 ）：也是一種高分子化合物，與CMC混合使用，其粘接性能較好。
鋰離子電池正極材料
鋰離子電池的充電過(guò)程是Li 從正極跑出來(lái)，通過(guò)電解液游到負(fù)極并得到電子，嵌入到負(fù)極材料中，而放電的過(guò)程則相反。
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圖1鋰離子電池正極材料
衡量正極材料安全性主要考驗(yàn)：
1、容不容易在充電時(shí)形成枝晶
鋰離子電池的充電過(guò)程就是Li 從正極跑出來(lái)，通過(guò)電解液游到負(fù)極被還原并嵌入到負(fù)極材料中；放電的過(guò)程則相反，負(fù)極材料中的鋰被氧化，通過(guò)電解液，嵌入正極材料。
基于循環(huán)性地考慮，鈷酸鋰（LiCoO2 ）材料的實(shí)際使用容量只有其理論容量的二分之一，即使用鈷酸鋰作為正極材料的鋰離子電池在正常充電結(jié)束后（即充電至截止電壓4.2 V左右），LiCoO2正極材料中的Li 將還有剩余?？捎靡韵碌暮?jiǎn)式表示：LiCoO2→0.5Li Li0.5CoO2 （正常充電結(jié)束）。此時(shí)如果充電電壓繼續(xù)升高，那么LiCoO2正極材料中的剩余的Li 將會(huì)繼續(xù)脫嵌，游向負(fù)極，而此時(shí)負(fù)極材料中能容納Li 的位置已被填滿，Li 只能以金屬的形式在其表面析出。一方面，金屬鋰的表面沉積非常容易聚結(jié)成枝杈狀鋰枝晶，從而刺穿隔膜，造成正負(fù)極直接短路；另外，金屬鋰非?；顫?，會(huì)直接和電解液反應(yīng)放熱；同時(shí)，金屬鋰的熔斷相當(dāng)?shù)停词贡砻娼饘黉囍](méi)有刺穿隔膜，只要溫度稍高，比如由于放電引起的電池升溫，金屬鋰將會(huì)熔解，從而將正負(fù)極短路，造成安全事故。總之，鈷酸鋰材料在充電電壓過(guò)高的時(shí)候，比如說(shuō)保護(hù)板失效的情況下，存在極大的安全隱患，而動(dòng)力鋰離子電池的容量高，造成的破壞性將非常大。
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表1鋰離子電池正極材料
鎳鈷錳酸鋰（LiCoxNiyMnzO2）和鈷酸鋰一樣，為保證其循環(huán)性，實(shí)際的使用容量也遠(yuǎn)低于其理論容量，在充電電壓過(guò)高的情況下，存在內(nèi)部短路的安全隱患。
與之不同的是，錳酸鋰（LiMn2O4 ）電池在正常充電結(jié)束后，所有的Li 都已經(jīng)從正極嵌入了負(fù)極。反應(yīng)式可寫(xiě)作：LiMn2O4→Li 2MnO2 。此時(shí)，即使電池進(jìn)入了過(guò)充狀態(tài)，正極材料已沒(méi)有Li 可以脫嵌，因此完全避免了金屬鋰的析出進(jìn)而減少了電池內(nèi)部短路的隱患，增強(qiáng)了安全性。
2、氧化-還原溫度
氧化溫度是指材料發(fā)生氧化還原放熱反應(yīng)的溫度，是衡量材料氧化能力的重要指標(biāo)，溫度越高表明其氧化能力越弱。下表列出了主要的四種正極材料的氧化放熱溫度：
從表中可以看出，鈷酸鋰（包括鎳鈷錳酸鋰）很活潑，具有很強(qiáng)的氧化性。由于鋰離子電池的電壓高，因此使用的是非水的有機(jī)電解質(zhì)，這些有機(jī)電解質(zhì)具有還原性，會(huì)和正極材料發(fā)生氧化還原反應(yīng)并釋放熱量，正極材料的氧化能力越強(qiáng)，其發(fā)生反應(yīng)就越劇烈，越容易引起安全事故。而錳酸鋰和磷酸鐵鋰具有較高的氧化還原放熱穩(wěn)定，其氧化性弱，或者說(shuō)熱穩(wěn)定要遠(yuǎn)優(yōu)于鈷酸鋰和鎳鈷酸鋰，具有更好的安全性。
由上述綜合表現(xiàn)可知：鈷酸鋰（LiCoO2）是極不適合用在動(dòng)力型鋰離子電池領(lǐng)域的；錳酸鋰（LiMn2O4）和磷酸鐵鋰（LiFePO4）為正極材料的鋰電池的安全性是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的。
