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鋰離子電池按材料體系分類及特點

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瀏覽:- 發布日期:2016-10-02 20:01:01【

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目前主流的鋰離子動力電池,主要按正極材料來分類,可分為以下幾種類別

1. 磷酸鐵鋰
2. 錳酸鋰
3. 鎳酸鋰
4. 三元材料主要有鎳鈷錳與鎳鈷鋁
5. 磷酸錳鋰

負極材料主要有石墨及鈦酸鋰。

以上正極材料體系的特點主要表現在以下幾個方面:
一、 錳酸鋰體系,電池負極材料主要為石墨。
其克容量低,但壓實密度高,總體能量密度與磷酸鐵里相當;最大問題是較高溫度工作時易溶解。需要通過參雜和表面處理來改善其溫度耐受性,其穩定性、安全性不如磷酸鐵鋰。
二、 磷酸錳鐵鋰體系,負極為石墨。
材料成熟度低,電子電阻高,目前壽命較短,因為有鐵鋰和錳鋰混合,所以平臺電壓有兩段,做成組策略時要考慮SOC不一致的影響。
三、 磷酸鐵鋰電池,負極為石墨
電壓平臺很平穩,能量發揮好,原材料儲量大,經濟性能較好。
同時幾乎無沒有熱失控問題(熱失控溫度在800℃以上),材料體系非常安全。也因為電池材料特性安全性高,磷酸鐵里電池可以做大容量單體電芯(高達幾百安時),有利于系統的成組效率(按重量能量比計算,客車應用硬殼電池可以達到78%的成組效率)。
磷酸鐵里已經廣泛用于混合動力、純電動客車以及電網和家庭儲能系統,是目前新能源客車市場上用量最多的鋰離子動力電池。
四、 三元材料電池,多數使用鎳鈷錳混合作為正極材料,也有用鎳鈷鋁作為正極材料的(如特斯拉所用松下電池),負極為石墨
能量密度高(目前NCM電性能做到200WH/kg以上,NCA則更高)、壽命特性優良,但熱失控溫度200℃以上,需要在系統集成中多方面考慮如何控制熱擴散,以滿足其系統安全性需要。也是因為安全性考慮,三元系材料一般不會做大容量單體電芯,三原材料電池多用于純電動乘用車和非載客的商用車,目前是新能源乘用車用量增長最快的電池。
五、 鈦酸鋰電池是在鋰離子電池中,用鈦酸鋰替代石墨作為負極材料,只正極材料可以是以上任何正極材料。
鈦酸鋰電池有四大優點:低溫特性好(尤其是低溫-30℃還可以充電)、高功率(可大功率充放電,尤其是充電倍率可以很高)、長壽命循環(可以輕松達到萬次以上)、安全性高(幾乎沒有熱失控風險) ;
鈦酸鋰也有三大缺點:平臺電壓低(僅有2.2V,系統成組需連接很多電芯,效率很低)、還存在高溫脹氣問題(雖然現在有所改善但并沒有根本解決)、成本高(約為石墨體系電池的兩倍多),鈦酸鋰電池多用于混合動力和單詞續航里程要求不高但需要多次充電的應用場景中;

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