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锂电池的种类及特性介绍

钜大LARGE  |  点击量:1043次  |  2018年11月04日  

随着锂电池在市场应用的越来越广泛,不少产品上都已经更换了锂电池。锂电池对比普通铅酸电池具有寿命长,无污染,节能,重量轻等优势。那么,锂电池的种类又有哪些?各自又有什么特性呢?小编来给大家科普一下。


锰酸锂


锰酸锂,作为使用历史比较长的一种锂电池材料,其安全性高,尤其抗过充能力强,是一大突出优点。由于锰酸锂自身结构稳定性好,在电芯设计时,正极材料的用量不必超越负极太多。这样,使得整个体系中的活性锂离子的数量不多,在负极充满以后,不会有太多的锂离子存于正极。即使出现了过充情形,也不会出现大量锂离子在负极沉积形成结晶的状况。因而,锰酸锂的耐过充能力在常用材料中是最好的。


另外,材料价格低廉,并且对生产工艺要求相对不高,是比较早取得广泛应用的正极材料。


但它也存在着明显的缺陷。尖晶石锰酸锂的高温性能不佳。氧缺陷的存在,使得电芯在高电压阶段容易出现容量衰减,同时,在高温下进行循环使用,也会造成类似的容量衰减。原因出在引发歧化效应的三价锰离子身上。防止高温衰减的方式主要集中在减少三价锰这个点上。


锰酸锂,受限于其高温性能,一般不会用在大功率或者环境温度高的场合,比如高速乘用车、插电混动等就很少选用锰酸锂作为动力。但对于电动大巴,市内物流车等,锰酸锂完全可以胜任。


磷酸铁锂


磷酸铁锂的优点主要体现在安全性和循环寿命上。主要的决定因素来自于磷酸铁锂的橄榄石结构。这样的结构,一方面导致磷酸铁锂较低的离子扩散能力,另一方面也使它具备了较好的高温稳定性,和良好的循环性能。


磷酸铁锂的缺点也比较明显,能量密度低,一致性差以及低温性能不佳。


能量密度低是材料自身的化学性质决定的,一个磷酸铁锂大分子只能对应容纳一个锂离子。


一致性,尤其是批次稳定性差,除了与生产管理水平有关,还与其自身的化学性质有关。磷酸铁锂是各种锂电池正极材料中比较难于制备的一种。这种化学反应一致性和均匀性的高难度,同时又带来了另一个问题,磷酸铁锂材料中的铁单质和铁离子杂质始终存在,给电池带来了失效隐患。


磷酸铁锂电池,由于其安全性高,虽然能量密度部分的影响了它的使用范围,但仍然是当前我国电动汽车的主要动力锂电池品种。尤其涉及到大量人员生命安全的公交车,国家政策强制要求使用磷酸铁锂电池。


三元锂


三元锂正极材料,综合了LiCoO2、LiNiO2和LiMnO2三中材料的优点,在同一只电芯内部形成协同效应,兼顾了材料结构的稳定性、活性和较低成本三个要求,是三种主要正极材料中能量密度最高的一种。其低温效果也明显的好于磷酸铁锂电池。


三种元素中,Ni的含量越高,则电芯的能量密度越高,同时,电芯的安全性越低。在实际应用中,三种材料在电芯中的比例关系,随着时间的推移一直在发生变动。人们对能量密度的追求越来越高,因而Ni的占比也越来越高。


三元材料被提及最多的缺点就是安全性,发生热失控的过程中,其副反应的产物中包含大量气体,使得事故的危险性和可蔓延的能力大大提高。其次,三元材料的循环寿命也是一个瓶颈,目前还达不到磷酸铁锂的水平;最后,由于三元材料特殊的微观结构,使得它不适合高压力压实的操作,因而通俗的提高能量密度的加工方式对于它不适用。


三元材料市场份额正在逐渐扩张,主要动力来自于对汽车续航里程的追求。想要赶上甚至超越燃油车的续航,电动汽车必须在有限的空间内装上尽量多的电量,这就使得能量密度变得尤其重要。而去年国家出台的补贴政策,也是出于激励高能量密度电芯研发的目的,对能量密度设置了门槛,进不来的就没有补贴。从整车厂到pack厂再到电芯厂商,每个环节都必须顺应提高产品能量密度的大趋势,于是三元锂电池得到越来越多的应用。电池本身安全性能的改进和系统监控处理事故能力的提高,也会推进三元锂电池市场扩张的脚步。

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