不同规格锂电池充放电要求不同？小型电池性能要求为什么更高
来源：宝鄂实业
2019-04-15 01:32
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正极材料的水分含量与其比表面积、颗粒大小及分布、表面孔隙度、表面包覆物等密切相关。水分含量对电池制浆影响很大。通常正极浆料大多采用聚偏氟乙烯（PVDF）作黏结剂，N-甲基吡咯烷酮（NMP）为溶剂，在此有机体系中大分子量的PVDF并非完全溶解，而是溶胶的形式存在。当正极材料的水分、残碱较高时，有机溶胶体系被破坏，PVDF将会从NMP中析出，使浆料发生黏度剧增，甚至出现果冻现象。磷酸铁锂因其一次颗粒为纳米颗粒，比表面积大，容易吸收空气水分，因此给出了较宽的水分含量范围，但实际大多也控制在300ppm以下，否则在电池制浆时容易形成果冻。
除了特意引入的掺杂元素，正极材料的杂质元素越低越好。杂质元素一般是通过原料和生产过程引入的，需要在源头加以控制。最常见的杂质元素是Na、Ca、Fe、Cu，Na在前驱体和锂盐中含量都较高，Ca主要是锂盐引入的。磷酸铁锂本身Fe是而前驱体大多用硫酸盐和氯化物等可溶盐原料，在沉淀过程中易夹生带入结晶。因此，这些标准加强了对SO3-2、Cl-的控制要求。
锂离子电池安全问题一直是大家关注的一个焦点，研究发现，电池及其材料制造过程从设备或环境污染直接引入的金属异物易刺穿隔膜，导致电池爆炸起火。常见设备大多材质为不锈钢、镀锌钢板等，部分可以通过磁选方式收集。由此，LCO、NCA、OLO等3种材料的相关标准提出了对磁性异物（主要为Fe、Cr、Ni和Zn等金属单质）的控制，要求达到300ppb（1ppb=1×10-9μg/g）以下。
正极材料的比容量、首次充放电效率和电压平台等电化学性能指标，与其主元素含量、晶体结构、颗粒度大小、充放电电压、充放电电流大小等密切相关。基本规律是Li含量越高，比容量越大。客观上讲，平台容量比率这个指标强调的是放电电压平台，各种正极材料差异很大，不如改为平均电压，或中值电压更适宜，这样对保证和提高电池能量密度更有效。
用于电子烟、电动工具、航模、无人机、汽车启动电源的锂离子电池，对电池和材料倍率性能需求很高，要求能够实现5C、10C，甚至30C充放电。正极材料的倍率特性与其颗粒度大小、结晶度、Co含量高低、C包覆量多少等因素相关。高倍率型钴酸锂可以实现10C放电，且10C/1C的倍率达到90%以上。
用于电动车的锂离子电池，期望能够实现2000次以上循环寿命。电动车一般都是短途使用，假如按2天充一次电计，2000次的循环寿命可以支撑纯电动车上路近11年。若按Tesla的ModalS携带60kW·h电、续航390km计，每天50km短途使用，1周才充一次电，1000次的循环寿命就可满足其19年车龄。智能手机功能日渐强大，除了早期普通手机必备的电话、短信基本功能外，现有又具备了拍照、上网、微信、网购、办公、游戏等诸多功能，显示屏越来越大、机身越来越轻薄，对电池的能量密度要求也越来越高，同时循环寿命要达到500次以上，以支撑手机使用2年以上。正极材料的循环寿命与其晶体结构、充放电深度、制备工艺等因素相关。磷酸铁锂材料具有稳定的橄榄石结构，理论上可以允许结构中的锂全部脱出，充放电可逆性好，因此表现出优异的循环性能。车用锂离子电池在实际路况条件下，受电池自身及环境的影响，温度会升高到50℃以上，因此还需要关注高温循环和高温存储性能。锰酸锂在高温条件下，易发生Jahn-Teller效应，引发Mn溶解和晶体结构崩塌.
除了特意引入的掺杂元素，正极材料的杂质元素越低越好。杂质元素一般是通过原料和生产过程引入的，需要在源头加以控制。最常见的杂质元素是Na、Ca、Fe、Cu，Na在前驱体和锂盐中含量都较高，Ca主要是锂盐引入的。磷酸铁锂本身Fe是而前驱体大多用硫酸盐和氯化物等可溶盐原料，在沉淀过程中易夹生带入结晶。因此，这些标准加强了对SO3-2、Cl-的控制要求。
锂离子电池安全问题一直是大家关注的一个焦点，研究发现，电池及其材料制造过程从设备或环境污染直接引入的金属异物易刺穿隔膜，导致电池爆炸起火。常见设备大多材质为不锈钢、镀锌钢板等，部分可以通过磁选方式收集。由此，LCO、NCA、OLO等3种材料的相关标准提出了对磁性异物（主要为Fe、Cr、Ni和Zn等金属单质）的控制，要求达到300ppb（1ppb=1×10-9μg/g）以下。
正极材料的比容量、首次充放电效率和电压平台等电化学性能指标，与其主元素含量、晶体结构、颗粒度大小、充放电电压、充放电电流大小等密切相关。基本规律是Li含量越高，比容量越大。客观上讲，平台容量比率这个指标强调的是放电电压平台，各种正极材料差异很大，不如改为平均电压，或中值电压更适宜，这样对保证和提高电池能量密度更有效。
用于电子烟、电动工具、航模、无人机、汽车启动电源的锂离子电池，对电池和材料倍率性能需求很高，要求能够实现5C、10C，甚至30C充放电。正极材料的倍率特性与其颗粒度大小、结晶度、Co含量高低、C包覆量多少等因素相关。高倍率型钴酸锂可以实现10C放电，且10C/1C的倍率达到90%以上。
用于电动车的锂离子电池，期望能够实现2000次以上循环寿命。电动车一般都是短途使用，假如按2天充一次电计，2000次的循环寿命可以支撑纯电动车上路近11年。若按Tesla的ModalS携带60kW·h电、续航390km计，每天50km短途使用，1周才充一次电，1000次的循环寿命就可满足其19年车龄。智能手机功能日渐强大，除了早期普通手机必备的电话、短信基本功能外，现有又具备了拍照、上网、微信、网购、办公、游戏等诸多功能，显示屏越来越大、机身越来越轻薄，对电池的能量密度要求也越来越高，同时循环寿命要达到500次以上，以支撑手机使用2年以上。正极材料的循环寿命与其晶体结构、充放电深度、制备工艺等因素相关。磷酸铁锂材料具有稳定的橄榄石结构，理论上可以允许结构中的锂全部脱出，充放电可逆性好，因此表现出优异的循环性能。车用锂离子电池在实际路况条件下，受电池自身及环境的影响，温度会升高到50℃以上，因此还需要关注高温循环和高温存储性能。锰酸锂在高温条件下，易发生Jahn-Teller效应，引发Mn溶解和晶体结构崩塌.
