介绍三元锂离子电池的使用寿命及优缺点

三元锂离子电池的使用寿命及优缺点

什么是三元锂离子电池?

在自然界中，锂是原子质量最小的最轻的金属。其相对原子质量为6.94g/mol，=0.53g/cm3。锂具有化学活性，容易失去电子被氧化成锂离子。因此，标准电极电位最负，为-3.045v，电化学当量最小，为0.26g/Ah。锂的这些特性决定了它是一种比能非常高的材料。三元锂离子电池是指以镍钴锰三过渡金属氧化物为负极材料的锂二次电池。充分合成了钴酸锂良好的循环性能、镍酸锂的高比容量、锰酸锂的高安全性和低成本，并通过分子水平的混合、掺杂、包覆和表面改性合成了复合嵌入式氧化锂。它是目前广泛研究和应用的一种锂离子充电电池。

三元锂离子电池寿命

所谓锂离子电池寿命，是指电池在使用一段时间后，电池的容量衰减到公称容量(室温25℃，标准大气压，放电容量为0.2℃)的70%，就可以认为是电池寿命的结束。在行业中，循环寿命一般是由锂离子电池充满电的循环次数来计算的。在使用的过程中,锂离子电池内部会发生不可逆的电化学反应,导致容量的减少,如电解液的分解,活动材料的失活和阳极和阴极结构的崩溃,导致减少锂离子嵌入和unembedded的数量。实验表明，更高的功率放电导致更快的容量衰减。假如放电电流低，电池电压将接近平衡电压，释放更多的能量。

三元锂离子电池的理论寿命约为800次，这使得它成为商用可充电锂离子电池的介质。磷酸铁锂大约有2000个循环，而钛酸锂据说可以达到10000个循环。目前，主流的电池制造商在他们的三元电池规格中承诺超过500次(在标准条件下充放电)。然而，电池组装成电池组后，重要原因是电压和内阻不能完全相同，循环寿命约为400倍。厂家建议SOC使用窗口为10%-90%，不建议进行深度充放电，否则会对电池的正负结构造成不可逆的损伤。假如采用浅充浅放的计算方法，其循环寿命至少为1000倍。此外，假如在高功率和高温下持续放电，锂离子电池的电池寿命可以下降到200次以下。

三元锂离子电池的优缺点

三元锂离子电池是一种容量平衡、安全可靠、综合性能优异的电池。三种金属元素的重要功能、优缺点如下:

Co3+:减少阳离子混合空间的占用，稳定材料的层状结构，降低阻抗值，提高导电性，改善循环和倍增器性能。

Ni2+:材料的容量可以新增(材料的体能密度可以新增)。但是，由于锂和镍的半径相似，过多的镍也会导致锂和镍的错位。

Mn4+:不仅可以降低材料成本，还可以提高材料的安全性和稳定性。但是，假如Mn含量过高，尖晶石相很容易出现，破坏层状结构，导致电容降低，循环衰减。

高能量密度的最大优势是三元锂离子电池,该平台是一个电池能量密度和电压的重要指标,决定了电池的基本性能和成本,更高的电压平台,具体的容量越大,所以相同的体积,重量,甚至相同的安培小时电池,高电压平台三元材料锂离子电池寿命更长。单三元锂离子电池的放电电压平台高达3.7v，磷酸铁锂为3.2v，钛酸锂仅为2.3v。因此，从能量密度的角度来看，三元锂离子电池相关于磷酸铁锂、锰酸锂或钛酸锂具有绝对优势。