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，否則會對電池的正極和負(fù)極結(jié)構(gòu)造成不可逆的損傷。假如電池是通過光充電和光放電來計(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，過多的鎳也會導(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，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)勢是三元鋰離子電池,該平臺是一個(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,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,高電壓平臺三元材料鋰離子電池壽命更長。單三元鋰離子電池的放電電壓平臺高達(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優(yōu)勢。

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)際測量結(jié)果表明，大容量三元電池難以通過針刺、過充等安全測試，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。