关于三元锂电池的优点和缺点讲解
来源：宝鄂实业
2020-04-20 20:41
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什么是三元锂电池?
三元锂电池
在自然界中，锂是原子质量最小的最轻的金属。其相对原子质量为6.94g/mol， =0.53g/cm3。锂在化学中很活跃，很容易失去电子被氧化成锂离子。因此，标准电极具有最大的负电位(-3.045V)和最小的电化学当量(0.26g/Ah)。锂的这些特性使它成为一种比能非常高的材料。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。充分综合的特点,良好的循环性能的锂钴氧化物,nickelate锂比容量高,高安全性和低成本锂锰酸盐,和合成复合嵌锂氧化物协同多个元素如镍钴锰通过分子水平的混合、掺杂、涂层和表面改性。它是目前广泛研究和应用的一种锂离子充电电池。
三元锂电池寿命
三元锂电池的理论寿命约为800次，在商用可充电锂电池中处于中等水平。磷酸铁锂大约有2000个循环，而钛酸锂据说有10000个循环。当前主流电池制造商在他们生产的三元电池规范承诺500倍(在标准条件下的充电和放电),但在细胞制成电池,由于一致性问题,主要是电压和内阻不能完全相同,其循环寿命约为400次。厂家建议SOC使用窗口为10%~90%，不建议进行深度充放电，否则会对电池的正极和负极结构造成不可逆的损伤。如果电池是通过光充电和光放电来计算，那么电池的循环寿命至少是1000倍。此外，如果锂电池经常处于高功率和高温环境中，电池寿命将显著降低到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异、容量与安全性相平衡的电池。三种金属元素的主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，提高导电性，改善循环和倍增器性能。
Ni2+:提高材料的容量(增加材料的体积和能量密度)。但是，由于锂和镍的半径相似，过多的镍也会导致锂和镍的位错混合。锂层中镍离子浓度越高，锂在层状结构中越难脱开，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。但是，过高的锰含量容易出现尖晶石相，破坏层状结构，从而降低电容和循环衰减。
高能量密度的最大优势是三元锂电池,该平台是一个电池能量密度和电压的重要指标,决定了电池的基本性能和成本,更高的电压平台,具体的容量越大,所以相同的体积,重量,甚至相同的安培小时电池,高电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平台高达3.7v，磷酸铁锂为3.2v，钛酸锂仅为2.3v。因此，从能量密度的角度来看，三元锂电池相对于磷酸铁锂、锰酸锂或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主要缺点，特别是其安全性能一直是制约其大规模配置和大规模集成应用的主要因素。大量的实际测量结果表明，大容量三元电池难以通过针刺、过充等安全测试，这也是大容量电池普遍引入较多锰元素，甚至与锰酸锂混合的原因。三元锂电池500循环寿命处于该范围的中间，因此三元锂电池的主要应用领域是3C数码等消费电子产品。
