三元材料锂电池是怎么回事(一)

1三元材料锂电池是怎么回事（一）———锂电池科普知识三元正极材料用于锂离子电池时，容量可以（145mAh/g，2.8~4.2V，1C），循环寿命(500～800次，1C)。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：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：2降低成本。1.在电子产品中，三元主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，三元主要是由于取代单位体积能量密度成本相对较高的锰酸锂，其主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。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，3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企业也都在开发。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，材料不需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，尤其是相对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。4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、磷酸铁锂钴酸锂锰酸锂磷酸铁锂镍钴锰(三元材料)耐过充不耐耐耐不耐氧化性很强一般弱强过充极限0.5C/6V3C/10V3C/10V0.5C/6V用作动力电池的安全性很不安全安全性能好安全性能好不安全安全容量1Ah10~30Ah可达100Ah/大功率能力好很好一般/价格昂贵低廉低廉一般钴酸锂材料用为最早应用于锂电池的材料，与锰酸锂和其他正极5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，产生大量的氧，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主要原因，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、镍作为主要成分，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。6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。