无序岩盐正极材料可以储存更多的锂,其比容量可达350甚至400mAh/g,相比于目前商用主流正极超高镍材料(230mAh/g),钴酸锂(210mAh/g),比容量更高。考虑到其一般1.5~4.8V的充放电电压区间,其能量密度最高可以做到1100Wh/kg,高于目前主流商用的正极钴酸锂,超高镍材料大概860~900Wh/kg的水平,但远远没有题目中高出三倍这么夸张。
不同于钴酸锂、超高镍材料具有很好的离子电导与电子电导,无序岩盐材料只能通过渗流网络传输锂离子,这导致其传导锂离子性能较差,且band gap较宽,电子电导较差。目前岩盐材料的研究还处于的基础科学研究阶段,在这些文章中,普遍混入了20%的CNT等过量导电物质以免放电容量过低,如此一来正极中活性物质比例一般只有70%(目前的商用正极,可将正极中活性物质比例提高到96%以上),单单从这一点来看,其正极整体的能量密度不如商用材料。此外,无序岩盐的正极载量大概只有0.8mAh/cm2,与产业界目前追求的5~8mAh/cm2的水平差距较大,这会导致其在使用时需要非常过量的集流体与隔膜等等,相同体积中装的活性材料更少,大大降低电芯的能量密度。当然,这些问题可能并非不能完全解决。像磷酸铁锂在发展早期,尽管由于电子电导较差,也存在这些问题,但后续通过在用碳还原三价铁的同时,表面包碳,完美解决了该问题。不过目前,无序岩盐材料的离子电导与电子电导都比较差的问题,还没有好的解决方案。
另外,较差的电导这一物理特性,也决定了无序岩盐材料在合成与应用方面有一些需要特殊注意的问题。主要问题在于其所用材料颗粒尺寸不能太大,一般只有100~200nm,否则锂离子不能充分脱嵌,容量会有显著损失,而想得到如此细的材料,一般需要较长时间的球磨(24h甚至更长),压片烧结以促进离子扩散,整个合成过程能耗也较高(当然一次颗粒很小比表面积大也导致其副反应会较为严重,长循环性能差)。另一方面,目前商用正极其实不会使用2μm以下的颗粒,因为颗粒太小比表面太大会不利于涂浆。无序岩盐材料的使用,还需要开发对应的涂浆工艺。
因此,无序岩盐材料虽然具有较高理论能量密度,但由于其电导较差,实际能量密度并不如商用体系,而且比表面积大副反应较多,循环性能较差。这些缺点的克服具有较大的挑战性。其电导方面的缺点,导致其合成与后续工工艺都需要做针对性设计。总的来讲,该材料的发展依然任重道远,短期内想取代现有商用体系并不现实。