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解释三元锂电池的优缺点

解释三元锂电池的优缺点

来源:
2021/05/13 11:33
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【摘要】:

  是什么?

  三元

  锂是自然界中原子质量最小的最轻金属。其相对原子质量为6.94g/mol, =0.53g/cm3。锂在化学上非常活跃,容易失去电子被氧化成锂离子。因此,标准电极负极电位最大(-3.045V),电化学当量最小(0.26g/Ah)。这些特性使锂成为一种高比能材料。三元锂电池是指以三种过渡金属氧化物为正极材料的锂二次电池。充分结合氧化钴锂的特点,具有良好的循环性能,以高比容量的镍酸锂、高安全性和低成本的锂锰,并通过分子水平的混合、掺杂、合成与镍钴锰等多种元素协同嵌入的复合氧化物锂涂层及表面改性。它是一种目前被广泛研究和应用的锂离子。

  三元锂电池寿命

  三元锂电池的理论寿命约为800次,处于商用可充电锂电池的中等水平。磷酸铁锂大约有2000次循环,而钛酸锂据说有10000次循环。当前主流电池制造商生产的三元电池规范承诺的500倍(在标准条件下的充电和放电),但在细胞制成的电池,由于一致性问题,重要的是电压和内阻不能完全相同,其循环寿命约为400次。制造商建议SOC使用窗口为10%~90%。建议不要进行深度充放电,否则会对电池的正负极结构造成不可逆的损伤。如果采用光充电和光放电的方法计算电池,那么电池的循环寿命至少是1000倍。此外,如果锂电池不断地暴露在高功率和高温下,电池寿命将大大降低到200倍以下。

  三元锂电池有其优点和缺点

  三元锂电池是一种综合性能优良、容量均衡、安全性高的电池。三种金属元素的重要功能及优缺点如下:

  CO3 +:减少阳离子混合的占用,稳定材料的层状结构,降低阻抗值,提高电导率,改善循环和倍增器性能。

  Ni2+:增加材料的容量(增加材料的体积和能量密度)。但是,由于锂和镍的半径相似,镍含量过多也会导致锂和镍的位错混合。锂层中镍离子浓度越高,层状结构中的锂离子越难脱离,导致电化学性能较差。

  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。然而,高锰含量容易形成尖晶石相,破坏了片层结构,降低了电容和循环衰减。

  高能量密度的三元锂电池的最大优势,平台是一个重要的电池能量密度和电压,指数决定了电池的基本性能和成本,更高的电压平台,混凝土的能力越大,那么相同的体积,重量,甚至相同的安培小时电池,高压平台三元材料锂电池寿命更长。单三元锂电池的放电电压分别高达3.7V、3.2V和2.3V。因此,从能量密度来看,三元锂电池相对于磷酸铁锂、锰酸锂、钛酸锂具有绝对优势。

  安全性差、循环寿命短是三元锂电池的重要缺点,特别是其安全性能已成为制约其大规模配置和大规模集成应用的重要因素。大量实际测量结果表明,大容量三元电池难以通过针刺、过充电等安全测试,这也是大容量电池普遍引入更多锰元素,甚至与锰酸锂混合的原因。三元锂电池的500循环寿命处于这个范围的中间,因此三元锂电池的重要应用领域是消费电子产品,如3C数码产品。

 

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