锂离子电池之四种正极材料比较

四种正极材料中，钴酸锂（LiCoO2）和镍钴锰酸锂（NCM三元材料）具有层状结构，磷酸铁锂（LiFePO4）具有橄榄石结构，锰酸锂（LiMn2O4）具有尖晶石结构。四种正极材料均实现商业化大规模生产，且应用于不同场景的锂离子电池中。

图片来源：学堂在线《锂离子电池材料与技术》

下文从能量密度、倍率、寿命、安全、成本五个维度比较四种正极材料：

1、磷酸铁锂

磷酸铁锂具有橄榄石结构，晶体架构由结构稳定的聚阴离子的磷氧四面体构成，但磷氧四面体仅能构建一维锂离子传输通道，导致锂离子扩散速度较慢。因此，磷酸铁锂具有循环寿命高，热稳定性好，安全且成本低的优势；具有大倍率放电容量衰减快，低温放电容量衰减快的劣势。

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2、钴酸锂和镍钴锰酸锂（NCM三元材料）对比

钴酸锂和镍钴锰酸锂（NCM三元材料）均具有α-NaFeO2层状结构，具有相近的理论克容量，均具有较高能量密度的优势，均具有高脱离态下层状结构稳定性降低及成本相对较高的劣势。

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钴酸锂和镍钴锰酸锂（NCM三元材料）的不同点：

钴酸锂压实密度高，高电压应用下，实际克容量发挥高，广泛应用于对体积能量密度更为敏感的数码软包锂离子电池中。

镍钴锰酸锂（NCM三元材料）中，钴含量较低。通过提镍降钴制成的镍钴锰酸锂（NCM三元材料），克容量发挥高于钴酸锂，成本低于钴酸锂，因此镍钴锰酸锂（NCM三元材料）广泛应用于电动汽车以及部分消费类电子产品。

3、磷酸铁锂和镍钴锰酸锂（NCM三元材料）的对比

镍钴锰酸锂（NCM三元材料）的能量密度更高，用于电动汽车可使电动汽车的续航里程相对增加；磷酸铁锂稳定性更高，用于电动汽车可使电动汽车安全性相对提高。

磷酸铁锂电池成本低，适用于小型车；镍钴锰酸锂（NCM三元材料）电池成本高，可用于豪华车。

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4、锰酸锂

锰酸锂具有尖晶石结构，属于立方晶系，具有空间上三维锂离子传输通道，在大倍率充放电的条件下，具有优势；锰酸锂中不含有金属钴，合成方法简单，价格低廉。因为+3价的锰离子在高温下易发生歧化和溶解，所以锰酸锂的结构稳定性低于磷酸铁锂；高温下，锰酸锂具有电池寿命衰减快的缺点。

综上，锰酸锂广泛应用于充电宝和移动电源等细分领域。

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5、四种正极材料性能综合对比

下图综合表示四种正极材料性能的对比：

能量密度：钴酸锂具有最大的体积能量密度，镍钴锰酸锂（NCM三元材料）位列第二。

倍率：锰酸锂最具优势，磷酸铁锂表现最劣。

寿命：磷酸铁锂寿命最长，其次是镍钴锰酸锂（NCM三元材料），锰酸锂寿命最短。

安全：磷酸铁锂与锰酸锂占据优势。

成本：钴酸锂成本最高，磷酸铁锂和锰酸锂成本相对较低。

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审核编辑：刘清