什么是三元鋰離子電池?

三元鋰離子電池

在自然界中，鋰是原子質(zhì)量最小的最輕的金屬。其相對(duì)原子質(zhì)量為6.94g/mol，=0.53g/cm3。鋰在化學(xué)中很活躍，很容易失去電子被氧化成鋰離子。因此，標(biāo)準(zhǔn)電極具有最大的負(fù)電位(-3.045V)和最小的電化學(xué)當(dāng)量(0.26g/Ah)。鋰的這些特性使它成為一種比能非常高的材料。三元鋰離子電池是指以三種過(guò)渡金屬氧化物為正極材料的鋰二次電池。充分綜合的特點(diǎn),良好的循環(huán)性能的鋰鈷氧化物,nickelate鋰比容量高,高安全性和低成本鋰錳酸鹽,和合成復(fù)合嵌鋰氧化物協(xié)同多個(gè)元素如鎳鈷錳通過(guò)分子水平的混合、摻雜、涂層和表面改性。它是目前廣泛研究和應(yīng)用的一種鋰離子充電電池。

三元鋰離子電池壽命

三元鋰離子電池的理論壽命約為800次，在商用可充電鋰離子電池中處于中等水平。磷酸鐵鋰大約有2000個(gè)循環(huán)，而鈦酸鋰據(jù)說(shuō)有10000個(gè)循環(huán)。當(dāng)前主流電池制造商在他們生產(chǎn)的三元電池規(guī)范承諾500倍(在標(biāo)準(zhǔn)條件下的充電和放電),但在細(xì)胞制成電池,由于一致性問(wèn)題,重要是電壓和內(nèi)阻不能完全相同,其循環(huán)壽命約為400次。廠家建議SOC使用窗口為10%~90%，不建議進(jìn)行深度充放電，否則會(huì)對(duì)電池的正極和負(fù)極結(jié)構(gòu)造成不可逆的損傷。假如電池是通過(guò)光充電和光放電來(lái)計(jì)算，那么電池的循環(huán)壽命至少是1000倍。此外，假如鋰離子電池經(jīng)常處于高功率和高溫環(huán)境中，電池壽命將顯著降低到200倍以下。

三元鋰離子電池有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

三元鋰離子電池是一種綜合性能優(yōu)異、容量與安全性相平衡的電池。三種金屬元素的重要功能及優(yōu)缺點(diǎn)如下:

Co3+:減少陽(yáng)離子混合的占用，穩(wěn)定材料的層狀結(jié)構(gòu)，降低阻抗值，提高導(dǎo)電性，改善循環(huán)和倍增器性能。

Ni2+:提高材料的容量(新增材料的體積和能量密度)。但是，由于鋰和鎳的半徑相似，過(guò)多的鎳也會(huì)導(dǎo)致鋰和鎳的位錯(cuò)混合。鋰層中鎳離子濃度越高，鋰在層狀結(jié)構(gòu)中越難脫開(kāi)，導(dǎo)致電化學(xué)性能較差。

Mn4+:不僅可以降低材料成本，還可以提高材料的安全性和穩(wěn)定性。但是，過(guò)高的錳含量容易出現(xiàn)尖晶石相，破壞層狀結(jié)構(gòu)，從而降低電容和循環(huán)衰減。

高能量密度的最大優(yōu)勢(shì)是三元鋰離子電池,該平臺(tái)是一個(gè)電池能量密度和電壓的重要指標(biāo),決定了電池的基本性能和成本,更高的電壓平臺(tái),具體的容量越大,所以相同的體積,重量,甚至相同的安培小時(shí)電池,高電壓平臺(tái)三元材料鋰離子電池壽命更長(zhǎng)。單三元鋰離子電池的放電電壓平臺(tái)高達(dá)3.7v，磷酸鐵鋰為3.2v，鈦酸鋰僅為2.3v。因此，從能量密度的角度來(lái)看，三元鋰離子電池相關(guān)于磷酸鐵鋰、錳酸鋰或鈦酸鋰具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

安全性差、循環(huán)壽命短是三元鋰離子電池的重要缺點(diǎn)，特別是其安全性能一直是制約其大規(guī)模配置和大規(guī)模集成應(yīng)用的重要因素。大量的實(shí)際測(cè)量結(jié)果表明，大容量三元電池難以通過(guò)針刺、過(guò)充等安全測(cè)試，這也是大容量電池普遍引入較多錳元素，甚至與錳酸鋰混合的原因。三元鋰離子電池500循環(huán)壽命處于該范圍的中間，因此三元鋰離子電池的重要應(yīng)用領(lǐng)域是3C數(shù)碼等消費(fèi)電子產(chǎn)品。