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锂离子电池这么多类别,优缺点各是什么?

钜大LARGE  |  点击量:1555次  |  2021年04月19日  

①。镍钴锰三元材料,似乎有点镍酸锂混合钴酸锂混合锰酸锂的意思,虽然这么理解是不正确的,但是从三元材料的性能来看,这么理解又未尝没有道理:


1.与镍酸锂相比,三元材料的能量密度有所欠缺,但是稳定性有很大的提高。


2.与钴酸锂相比,三元材料的平台略低,材料成熟度有所差距,但是安全性和循环性,尤其是高充电电压的可行性更高。


3.与锰酸锂相比,三元才老的安全性要低不少,但是高温性能和能量密度有很大的优势。


②。也许就是因为以上的相似与不似,使三元的实际应用处于一个很尴尬的境地:

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符合Exic IIB T4 Gc防爆标准

充电温度:0~45℃
-放电温度:-40~+55℃
-40℃最大放电倍率:1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%

目前国内的三元一般是部分的替代钴酸锂使用领域,与锰酸锂或者钴酸锂混合用于中低端的电子消费品,与锰酸锂混合应用于中低端动力市场。


以上的三种使用方式涵盖了国内绝大部分三元的市场,其实大体看一下,我们就不难发现,三元在国内市场的使用其实只有一个目的:降低成本。


1.在电子产品中,三元重要是用于替代价格相对较高的钴酸锂,无法凸显三元材料长循环寿命等优势。


2.在动力市场中,三元重要是由于取代单位体积能量密度成本相对较高的锰酸锂,其重要目的也是减少其他电池材料的使用,进一步降低每瓦时的成本。


一种为了降低成本而使用的材料注定其发展路线会以价格为导向,会存在性能不升反降的可能性,而今,这一可能性因为三元过早的卷入了国内的价格战而过早地成为现实。

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标称电压:28.8V
标称容量:34.3Ah
电池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
应用领域:勘探测绘、无人设备

在这种竞争模式下,三元的利润率正越来越接近钴酸锂,性能则和早已成熟的钴酸锂相差越来越大。


这种竞争模式的另一个负面影响就是,高镍的三元越来越被看好,尽管很多厂家根本不考虑高镍三元在工艺上的敏感性,而综合性能最高的111三元和111三元在高电压下的优势在没怎么被关注之前就趋于淡化。


③。其实,三元材料是一种综合性能优越的材料,只有以性能为导向的市场才能真正发挥其作为新型正极材料的优势。


在电子产品中,三元材料除了成本上的天然优势之外,可以通过提高镍含量,提高充电电压上限和提高压实密度来使其能量密度不断提升。


1.提高镍含量的三元材料和镍钴铝具有很相似的特性,完全可以按照镍钴铝的发展模式去做。不过国内受到工艺控制水平的影响,镍钴铝一直没有发展起来,在这个大背景下,高镍的三元也很难有好的发展。


2.提高充电电压(一般而言,仅限于111)是三元很应该去发展的一条道路,目前国内很多有远见的公司也都在开发。说实话,与钴酸锂相比,三元材料在高电压下具有很高的优势,从材料本身来说,全电池中,即使在4.5V充电电压下,材料不要改性仍然可以有很好的稳定性。而且在这个条件下,111的克容量可以超过190,其前景十分值得关注。但是由于三元电池体系的成熟度相对钴酸锂有很大的差距,所以在4.3V或者4.35V下的高电压开发中,三元的优势较钴酸锂并不明显,尤其是相关于做过掺杂改性的钴酸锂而言。于是,一些厂家浅尝辄止,但是真正了解三元这一优势的厂家则从未止步。


3.提高压实密度,常规的111三元克容量是钴酸锂的105%左右,532的是钴酸锂的115%左右,但是压实密度则为钴酸锂的80%左右,而一般高性能钴酸锂的领域看中的正是稳定性为前提的高能量密度,尽管三元材料的稳定性优于钴酸锂,但是其能量密度却有不小的差距,从这里我们可以看出提高三元压实密度的重要意义。


解决了电极加工性能的高压实三元材料,虽然仅仅是形貌的变化,但是意味着其应用领域的一个很大的延伸。尽管三元材料的身上有很多其他正极的影子,但是其综合性能十分优异,无论与其它正极一同使用取长补短,或者单独使用尽显其能都应该以充分发挥其性能为前提。


较明显的缺点:


1.三元材料的首次充放电效率低


2.三元材料锂层中阳离子的混排,对材料的首次充放电效率及循环稳定性都有影响.


3.三元材料的放电电压平台较LiCoO2低,有待提高.


A、按正极材料分类:钴酸锂、三元材料、锰酸锂、磷酸铁锂


钴酸锂材料用为最早应用于锂离子电池的材料,与锰酸锂和其他正极材料相比,其优点是克容量高,仅次于二/三元材料,一般情况达到140mAh/g,体积比能量最高,同时该材料的加工性能良好,应用工艺很成熟,广泛应用于笔记本电脑、手机、MP3/4等小型电子设备中,但是钴酸锂材料的致命缺陷是材料的安全性能差,尤其是在过充的时候,当正极中的锂脱嵌到一定程度时,钴酸锂结构会发生破坏,出现大量的氧,引起电芯的燃烧爆炸。


二/三元材料,其结构和钴酸锂类似,也是层状结构,材料的克容量最高,可以达到150mAh/g,这也是采用三元材料的电芯在体积和重量上有优势的重要原因,但三元材料的安全性能与钴酸锂接近,尤其是做成容量超过5Ah以上的电芯,在进行滥用测试时,经常发生燃烧或爆炸的安全性问题;另外,二/三元材料的放电平台低,仅有3.6V左右,与锰酸锂材料相比,在相同容量的情况下,能量要低8-9%,并且在实际使用中,因控制器的关闭电压较高,对三元材料的容量影响也较锰酸锂材料电芯更大。在成本方面,由于使用了金属钴、镍作为重要成分,价格较高,目前为180-200元/kg,综合材料成本约为锰酸锂的1.5倍。


锰酸锂材料属尖晶石结构,热稳定性好,制作的电芯安全性能优越,能通过包括UL1642、BASTO、UN38.3等各种安全性能测试。锰酸锂电芯的最大缺点是比容量要低于三元材料。锰酸锂制备的电芯,电性能比较稳定,在正常情况下,电芯的循环性能超过600周。


磷酸铁锂材料,是一种新兴的正极材料,与其他材料相比,电芯的循环性能较好,一般情况下,0.5-1.0C电流放电,1000周容量衰减约10-20%,电芯的安全性能也比较好,是未来一种比较理想的正极材料,但是,由于磷酸铁锂,从材料本身制备到应用于此材料制作电芯的过程中,工艺还不成熟,三价铁锂子的控制难度大、材料导电能力差,有待进一步提高,同时,磷酸铁锂的专利问题不可回避,这会是批量生产、销售和使用难以逾越的一个障碍。


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