三元动力电池和锂电池的区别是什么？它们的工作原理有何不同？
来源：宝鄂实业
2019-04-14 17:02
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钴酸锂这种材料，在锂脱出超过一半后很容易出现结构的坍塌，其理论比容量为2754.2V下一般在140-145之间之前有人做过钴酸锂在4.35V下容量大约在155-160mAh/g之间从这些数值中可以看出钴酸锂在高电压下虽然容量升高但是同时也超过了其结构稳定性所需要的锂脱出量所以从这种材料本身来说是不适合高电压的目前的高电压钴酸锂都是改性钴酸锂成本都是很高的而且就算改性钴酸锂也很难再4.4V下保证长期循环的稳定性不过为了针对您的问题也顺便说一下钴酸锂在高电压下的优点由于钴酸锂发展时间最长所以与电解液的匹配是最成熟的高温下的产气也是最好控制的
三元材料与钴酸锂则正相反全电池中4.5V下的结构都是非常稳定的而且电压越高其锂离子脱嵌效率越高也就是首次效率越高在4.35V克容量大约为160-165mAh/g4.5V下可以达到甚至超过200mAh/g而且是不需要改性的（当然前提是高性能的三元那些市场上随便买前驱体烧烧就卖没什么技术含量的三元材料不在此范围之内）
三元材料高电压下的唯一缺点就是与钴酸锂相反的由于是一种相对的新型材料与电解液的匹配比较难主要表现为高温下的产气但是日韩和国内的ATL已经可以再软包电池中很好的解决这一问题这一问题的解决主要在对三元材料表面性质的控制PH的控制和电解液的匹配
钴酸锂的理论克容量有270多吧，但是目前只能做到145左右，就是因为只能转移0.5mol的电子
如果转移的过多，那么钴酸锂的结构骨架就会塌陷，所以钴酸锂只能充到4.2V
而三元的电压是可以往上充一点的，比如4.25V、4.3V，4.35V。但没有人充到4.4V
也是为了保持三元材料的晶体骨架，同时也与镍钴锰三者的比例有关
三元是指，锂电池里面的正极材料名称。三元材料是镍钴锰酸锂Li（NiCoMn）O?，三元复合正极材料前驱体产品，是以镍盐、钴盐、锰盐为原料,里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整，18650是指圆柱型电池外表尺寸：18指电池直径18.0mm650指电池高度65.0mm，用在手机上的比较多。锂电池比较通用，市场上的电池大多都是，在此不做详述
三元是指，锂电池里面的正极材料名称。常规的电池正极材料是钴酸锂LiCoO2，三元材料则是镍钴锰酸锂Li（NiCoMn）O2，三元复合正极材料前驱体产品，是以镍盐、钴盐、锰盐为原料,里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整，三元材料做正极的电池相对于钴酸锂电池安全性高，但是平台太低，用在手机上（手机截止电压一般在3.4V左右）会有明显的容量不足的感觉。18650是指圆柱型电池外表尺寸：18指电池直径18.0mm650指电池高度65.0mm其他正极材料使用较多除了三元以外，有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、NCA等。
锂电池，指的是一个很广泛的大类，凡是用到锂材料的都可以叫做锂电池。按照学名，我们平时所说的锂电池应该叫锂离子电池/锂二次电池，有相应的负极材料。
锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂LiCoO2、锰酸锂LiMn2O4、镍酸锂LiCoxNiyMnzO2、三元材料、磷酸铁锂LiFePO4等。正极使用三元材料的称为三元锂电池；
三元锂电池主要优点是能量密度比其他材料高；
三元锂电池的正极材料又分为NCA镍钴铝和NCM镍钴锰；
三元材料中多数为NCM，一般我们提到的三元锂电池指的是NCM。NCM国外代表厂商是SDI、SKI，在中国主要是力神、慧通天下、比克、万向、德朗能等。特斯拉采用的是NCA18650型，NCA稳定性相对较强，且循环性能强；但是在制作过程中，由于Al为两性金属，不易沉淀，因此工艺上存在门槛。由于NCA中铝的含量过少，因此也常称为二元材料。
三元材料NCM产品型号从111三元（N:C:M=1:1:1）到433，532，622，811。随着镍含量递增，电池能量密度也相应得到了提十。
锂离子电池经过30年的发展，比能量、比功率等性能有较大的提高，已成功应用于汽车上。受电池比能量限制，纯电动汽车续航里程有限，是制约发展的瓶颈，国外汽车厂近期规划以开发混合动力汽车为主。目前应用于锂离子电池的正极材料主要有锰酸锂、磷酸铁锂、钴酸锂、三元材料等材料，目前使用的功率型电池正极主要选用磷酸铁锂和三元两种材料。本文采用相同的电池壳盖、负极材料及内部结构设计，分别制作磷酸铁锂和三元两种正极材料的电池，比较两种电池的比能量、比功率、循环、高低温特性等性能，对比分析两种电池性能差异。
1实验
1.1实验材料选择
正极材料磷酸铁锂和镍钴锰配比为1∶1∶1的三元材料，负极选用MCMB，电解液选用EC、PC、EMC和DEC组成的混合溶剂，电解质为LiPF6作为锂盐，隔膜选用单层PP25μm。
1.2多孔膜电极与复合薄膜电极的制备
采用方形铝壳LP2770102电池的壳、盖及内部相同的多极耳卷绕结构，按照电池制作工艺分别制作正极材料为磷酸铁锂和三元材料的两种电池。得到磷酸铁锂电池平均容量、内阻、质量分别为7.2Ah、1.06mΩ、361g；三元材料平均电池8.6Ah、1.12mΩ、360g。
1.3分析与测试
测试条件为：三元材料电池充放电电压控制范围为2.5~4.2V，1C=7.5A，磷酸铁锂材料电池充放电电压控制范围为2.0～3.65V，1C=6.5Ah，无特殊说明测试温度为(25±2)℃。
2结果与讨论
2.1放电性能测试
从图1与表1可得出，相同体积电池，正极使用三元材料比使用磷酸铁锂材料放电容量高19.4%，比能量高37.5%，放电比功率高39.7%。由于三元材料质量比容量、压实密度均高于磷酸铁锂材料，所以使用三元材料电池放电有较大优势。
为电动汽车提供驱动动力的电池被称为动力电池，包括传统的铅酸电池、镍氢电池以及新兴的锂离子动力电锂电池，分为功率型动力电池（混合动力汽车）以及能量型动力电池（纯电动汽车）；手机、笔记本电脑等消费电子产品使用的锂电池一般统称为锂电池，以区别于电动汽车用的动力电池。
动力电池现有主要种类
目前市场上主流技术仍以铅酸电池技术、镍氢电池技术、燃料电池技术、锂电池技术为主。
铅酸蓄电池
铅酸蓄电池的应用历史最长，技术最为成熟，是成本、售价最低廉的蓄电池，已实现大批量生产。其中阀控式密封铅酸蓄电池（VRLA）一度成为重要的车用动力电池，应用在众多欧美汽车公司开发的EV和HEV上，例如通用在20世纪80年代和90年代分别开发出的Saturn和EVI电动汽车等。
但是，铅酸电池的比能量较低，续航时间短，自放电率高，循环寿命低；其主要原料铅的重量大，而且在生产和回收过程中可能产生重金属的环境污染。所以，目前铅酸电池主要用于汽车启动时的点火装置，以及电动自行车等小型设备。
镍氢电池
镍氢（Ni/MH）电池具有良好的耐过充、过放能力，不存在重金属污染问题，而且在工作过程中不会出现电解液增减现象，可以实现密封设计、免维护。与铅酸电池和镍镉电池相比，镍氢电池具有较高的比能量、比功率及循环寿命。
其缺点是电池具有的记忆效应较差，而且随着充放电循环的进行，贮氢合金逐渐失去催化能力，电池内压会逐渐升高，影响到电池的使用。此外，镍金属昂贵的价格，也导致成本较高。
在关键材料上，镍氢电池主要由正极、负极、隔膜和电解质构成，正极为镍电极（Ni(OH)2）；负极一般采用金属氢化物（MH）；电解质主要为液体，主要成份是氢氧化钾（KOH）。目前镍氢电池的研究重点主要在正、负极材料上，其技术研发相比较成熟。
车用镍氢电池已实现了批量生产和使用，是混合动力汽车研制中应用最多的车载电池类型。最典型的代表即目前混合动力汽车量产规模最大的丰田Prius。丰田与松下合资成立的PEVE公司是目前世界最大的镍氢动力电池制造商。
如今镍氢电池现阶段已经退出主流动力电池行列，那么为何丰田还会固执己见的坚守镍氢电池的阵营呢？
这就不得不说到镍氢电池最大的优势：超强的耐用性！
曾经美国著名的汽车媒体《消费者报告》对一台使用了十年后的第一代普锐斯进行了对比测试。测试结果显示，采用镍氢电池的第一代普锐斯车型在经过了10年行驶33万公里之后，将其与新车时的数据对比，无论是在油耗性能还是在动力性能都保持在同一水平，说明混动系统和镍氢电池组仍然工作正常。
此外，即便在使用十年跑了33万公里之后，这辆第一代普锐斯其镍氢电池组从未发生过问题，人们十年前所质疑因电池容量衰减将大幅影响油耗和动力性能的情况也没有出现。由此看来，一向严谨保守的日本人对于镍氢电池的钟爱确实有其独到的原因。
燃料电池
燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。
和普通化学电池相比，燃料电池可以补充燃料，通常是补充氢气。一些燃料电池能使用甲烷和汽油作为燃料，但通常是限制在电厂和叉车等工业领域使用。氢燃料电池基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。
氢燃料电池的工作原理是：将氢气送到燃料电池的阳极板（负极），经过催化剂（铂）的作用，氢原子中的一个电子被分离出来，失去电子的氢离子（质子）穿过质子交换膜，到达燃料电池阴极板（正极），而电子是不能通过质子交换膜的，这个电子，只能经外部电路，到达燃料电池阴极板，从而在外电路中产生电流。
电子到达阴极板后，与氧原子和氢离子重新结合为水。由于供应给阴极板的氧，可以从空气中获得，因此只要不断地给阳极板供应氢，给阴极板供应空气，并及时把水蒸气带走，就可以不断地提供电能。
燃料电池发出的电，经逆变器、控制器等装置，给电动机供电，再经传动系统、驱动桥等带动车轮转动，就可使车辆在路上行驶。与传统汽车相比，燃料电池车能量转化效率高达60~80%，为内燃机的2～3倍。
燃料电池的燃料是氢和氧，生成物是清洁的水，它本身工作不产生一氧化碳和二氧化碳，也没有硫和微粒排出。因此，氢燃料电池汽车是真正意义上的零排放、零污染的车，氢燃料是完美的汽车能源！
