动力锂电池正极材料的技术发展趋势

电动汽车的快速发展对动力锂电池的性能提出了更高要求。《中国节能与新能源汽车国家规划（2012-2020）》中提出，到2020年，动力电池能量密度提高到300Wh/kg以上。而目前使用的磷酸铁锂、锰酸锂和三元材料动力电池均达不到要求。未来可能的材料有正硅酸盐复合正极材料、层状富锂锰基材料、硫基正极材料等。

1、正硅酸盐复合正极材料

正硅酸盐（Li2MSiO4，M=Fe、Co、Mn等）是一种新型的正极材料，其在理论上可以允许2个Li+的交换，因此具有较高的理论比容量，比容量高达300mAh/g以上，使其在动力废旧锂电池回收领域具有很大的发展前途。但由于释放出*2个Li+的电压较高，所以实际比容量只有150mAh/g左右。另外，Li2MSiO4具有电子导电率和离子扩散速率低等缺点，也限制了其商业化。目前常用的解决方法是将材料合成为纳米材料、进行掺杂、进行碳包覆等，但仍需进行深入研究。

2.层状富锂锰基材料

层状富锂锰基复合正极材料xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(M=Ni、Mn、Co、Fe等)理论上具有接近300mAh/g的放电比容量，同时还兼具原材料价格廉价的优点，是当前较有可能使动力电池能量密度达到300Wh/kg的正极材料体系。目前，国内外对层状富锂锰基固溶体材料的开发还处于试验阶段，寻求适合工业化生产的合成方法。我国“863”计划对富锂锰基固溶体材料电池的开发给予了支持，国内如当升科技等公司目前正在开展进一步研究。

3.硫基正极材料

单质硫是目前比容量较高的正极材料，以硫为正极的锂硫电池，能量密度理论上高达2600Wh/kg，是现有动力电池的10倍以上，有望显著提高电动汽车的续航里程，此外硫还具有价格低廉、储量丰富、无毒等优点，但是，单质硫的室温电子电导率低，为电子绝缘体，不能单独作为正极，其充放电过程中体积会发生膨胀，放电过程中产生的多硫离子会溶解发生扩散迁移，这些都制约了硫基材料的进一步发展应用。

为了解决上述问题，当前常用的方法是将硫与导电性能好、结构稳定且具有吸附能力的材料进行复合，如硫/碳复合材料、硫/导电聚合物复合材料和硫/氧化物复合材料等。采用碳材料与硫进行复合，可以明显改善硫正极材料的放电容量及循环性能，常用的碳材料包括多孔碳、碳纳米管、石墨烯等。有研究者制备出的硫/石墨烯复合正极材料，用于锂硫电池，表现出了良好的电化学性能。

目前，硫基正极材料已受到广泛的关注，但是其距商业化应用还有一定距离。国际上硫基正极材料研究的代表性厂商有美国的SionPower、Polyplus、Moltech，英国的Oxis及韩国三星等。中国的研发还集中在研究机构，以中国电子科技集团公司*十八研究所、中国人民**防化研究院、清华大学、上海交通大学、*科技大学、武汉大学、北京理工大学等科研院所为代表。

石墨烯在锂电领域的应用现状及前景

高工锂电产业研究院（GGII）表示：石墨烯性能优势很**，其应用前景很广阔，但材料制造环节的工艺及设备尚不成熟，真正大规模商业化应用尚需时日。目前，石墨烯在锂电池领域的主要角色还是电池的复合材料（即材料添加剂），石墨烯可作为正负极导电剂，与正、负极材料复合做成复合材料，但无法作为正负极活性物质取代石墨类负极材料大批量使用。

清华能源互联网研究员刘冠伟称：“石墨烯电池”这个技术接近于不存在，石墨烯只有在理论上能够提高充放电速率，而对于容(能)量的提升基本没有任何帮助，其噱头意义远大于实用价值。而且石墨烯材料本身纳米材料的高比表面积等性质与现在的锂离子电池工业的技术体系是不兼容的，应用的希望十分渺茫。