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鋰離子電池按材料體系分類及特點

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2019年03月15日  

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(fù)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(xiàn)在以下幾個方面:


一、錳酸鋰體系,電池負(fù)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(dāng);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(wěn)定性、安全性不如磷酸鐵鋰。


二、磷酸錳鐵鋰體系,負(fù)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(fù)極為石墨


電壓平臺很平穩(wěn),能量發(fā)揮好,原材料儲量大,經(jīng)濟(jì)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(dá)幾百安時),有利于系統(tǒng)的成組效率(按重量能量比計算,客車應(yīng)用硬殼電池可以達(dá)到78%的成組效率)。


磷酸鐵里已經(jīng)廣泛用于混合動力、純電動客車以及電網(wǎng)和家庭儲能系統(tǒng),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(shù)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(fù)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(yōu)良,但熱失控溫度200℃以上,需要在系統(tǒng)集成中多方面考慮如何控制熱擴(kuò)散,以滿足其系統(tǒng)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(fù)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(yōu)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(huán)(可以輕松達(dá)到萬次以上)、安全性高(幾乎沒有熱失控風(fēng)險);


鈦酸鋰也有三大缺點:平臺電壓低(僅有2.2V,系統(tǒng)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(xiàn)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(xù)航里程要求不高但需要多次充電的應(yīng)用場景中。

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