各锂离子电池负极材料的主要物化指标是什么

其实不光扣电，全电池注液后也会有电压，只是电压值微小，约0.3V左右，原因在于正负极在电解液中发生了类似离子交换反应，在电极/电解液界面存在离子吸附、交换或转移反应，相应的，为了维持电路系统电荷平衡，回路产生相等电子，造成正负极间的电势差，这个电压值与电极、隔膜、电解液性质有关，主要取决于电极；

严格地说，不同SOC下，伴随着电池充放电的进行，锂离子由电极材料晶格中嵌入或脱出，会有一个阳离子重排和相变的过程，比如钴酸锂过充时发生结构坍塌，晶格释氧造成安全问题，一般来说，这种严重的或轻微的晶格变化是我们不想看到的，因为这理论上会影响电池的稳定性和循环寿命，但却是客观存在的；

目前负极主要以碳材料为主，理化指标为粒径、比表面积、pH值、振实密度、压实密度、石墨化度、灰分、首次效率、克容量、倍率、循环容量保持率等；

电解液是有保质期的，一般不能超过半年，另外就是隔离氧、水等，禁止置于高温或暴晒处，轻拿轻放，勿倒置，尽量使用钢瓶包装等。理化指标主要有电导率、浓度、密度、熔沸点、闪点、蒸汽压等，需要针对不同设计要求来选择不同的电解液体系；

晶格结构——XRD——电极晶格结构、结晶度影响电池容量和内阻等发挥，

形貌和能谱分析——SEM——与电极反应动力学相关，

粒径分析——激光粒度仪——通常认为粒径小缩短离子扩散距离，

pH测试——pH计——与材料加工性能有关，

振实密度——粉末振实密度仪——影响容量大小，

压实密度——影响电池容量、循环及锂离子利用率，

比表面积——氮吸附比表面测试仪——与电池反应活性及副反应有关，

克容量、首次效率、倍率、循环、高低温性能等指标——充放电测试——电化学性能指标。

钴酸锂(LCO)一直是高端移动设备锂电池的主流正极材料。受到苹果IPhone和IPad的强劲需求拉动，LCO的最近几年的年产量一直稳步增加仍然高居正极材料头把交椅，并且这种格局在未来数年之内很难改变。LCO从1990年产业化至今一直在发展，直到今天仍然在改进完善，堪称锂电池材料发展史上的最经典案例。苹果对锂电池发展的最大贡献就是充分发掘了LCO的高压潜力，给了LCO过时论取代论的“专家”们一记响亮的耳光！

从最开始的高压实L C O ( 压实4 . 1 ， 全电4.1V，145mAh/g容量)，发展到IPhone4上的第一代高压LCO(4.2V全电，155mAh/g容量)，到应用在IPhone5上第二代高压LCO(4.3V全电，超过1 6 5mA h / g容量)，以及正在开发完善中的第三代高压LCO体系(4.4V全电，接近175mAh/g容量)。虽然充电上限电压每次仅仅提高了0.1V，但背后需要的技术积累和进步，却很少有国内正极材料厂家具备。

第一阶段4.2V的改性相对比较容易，原理主要是掺杂改性，三四年前国外公司已经产业化。第二阶段4.3/4.4V技术难度更高，需要体相掺杂+表面包覆并用，于是就发展出了“Insulate Cathode”的概念，目前国际上已经有少数大公司产业化。

高压LCO改性元素主要是Mg、Al、Ti、Zr等几种，基本上已经公开，但是不同元素的作用机理并不一样。高端LCO技术的关键在于掺杂什么元素，如何掺杂，以及掺杂的量的多少。同样，表面包覆的难点首先在于选择什么样的包覆物，再就是采用什么样的包覆方法以及包覆量多少的问题。干法掺杂和包覆目前是主流，但也有公司在前驱体阶段进行湿法改性的。根据不同的掺杂和包覆要求，优化温度和烧结工序以及表面再处理工艺，这是高压LCO生产的核心技术。厂家需要根据自己的技术积累和经济状况来选择适当的技术路线。

IPad4锂电池所使用的正极材料和IPone5还不大一样。IPhone用的是20微米大粒径的高压LCO，而IPad用的是10微米粒径的高压LCO和NMC532的混合材料(混合比例为6 ：4)。为什么IPhone5和IPad4用的材料不一样？手机较高的工作/关机电压和追求高能量密度使得高端LCO成为IPhone5的必然选择。而IPad利润率没有IPhone 高，可以选择较低成本的混合材料，在降低关机电压的条件下还可以利用NMC释放更高的容量，可谓一举两得。

IPad4和IPone5锂电池实际能量密度差不多都接近230wh/Kg，这正是因为IPad降低了关机电压因而可以充分利用NMC在较低电压区间的容量。LCO和NMC不是简单的物理混合，而是混合以后在较低的温度(600～700℃)经过了一个短暂的二次烧结过程。由于元素的相互扩散，使得在混合材料里NMC的产气问题得到一定的抑制，高温存储寿命也有所提高，同时LCO的安全性也改善了，这些可以归功于协同效应。所以，IPad4使用4.35V的上限充电电压也就不难理解了。

高电压LCO专利由加拿大FMC公司申请，但FMC并没有实际生产LCO，而是将专利所有权转让给了比利时Umicore，然后国际上有数家公司间接获得使用授权。国内既没有任何公司购买FMC专利使用授权也没有任何相关专利发表。苹果公司出于知识产权方面顾虑，已经对几个锂电池厂家指定材料，国内的正极材料厂家基本上已被排除在苹果供应链之外。当然，国内这两年国产智能手机和平板电脑产业发展很快，如果只是国内市场而不出口的的话，国产高压LCO还是有生存空间的。高端LCO在国内能否发展起来，就看国产智能手机和平板电脑产业能否真正做起来和Apple和Samsung三分天下了。

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