三元锂电池的基本知识讲解
来源：宝鄂实业
2019-10-11 19:01
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什么是三元锂电池？
在自然界中，锂是最轻的金属，原子质量最小。其原子量为6.94g/mol，P=0.53g/cm3。锂是一种高比能材料，由于其化学性质活泼，易失电子和氧化成锂离子。因此，标准电极电位最负，为-3.045v，电化学当量最小，为0.26g/ah。三元锂电池是以镍、钴、锰氧化物为正极材料的锂二次电池。它结合了锂钴氧化物良好的循环性能、锂镍氧化物的高比容量、锰酸锂的高安全性和低成本，通过分子混合、掺杂、包覆和表面改性等手段协同合成镍钴锰氧化物。锂离子蓄电池是目前研究和应用较为广泛的一种电池。
三元锂电池的理论寿命约为800次循环，在商用可充锂电池中处于中等水平。磷酸铁锂大约有2000个循环，而钛酸锂据说可以达到10000个循环。目前，主流电池厂商承诺的三元电池规格（标准条件下充放电）超过500倍。但电池装入电池后，由于一致性问题，电池的循环寿命约为400次，主要原因是电压和内阻不能完全相同。制造商建议soc使用窗口为10%~90%。不建议深度充放电。否则会对电池正负极结构造成不可逆的损伤。按浅充浅放计算，循环寿命至少为1000次。另外，如果锂电池经常在高倍率、高温环境下放电，电池寿命将大大缩短到200倍以下。
三元锂电池的优缺点
三元锂电池因其容量平衡、安全性好，是一种综合性能优良的电池。三种金属元素的主要功能及优缺点如下：
co3+：降低混合阳离子的占有率，稳定材料的层状结构，降低阻抗值，提高导电率，改善循环和速率性能。
Ni2+：能增加材料的容量（增加材料的体能密度）。由于li和ni的半径相近，过量的ni也会导致li与ni的位错混合。锂层中镍离子浓度越高，层状结构中的锂越难分离，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，过量的mn含量很容易导致尖晶石相的形成，破坏层状结构，从而降低材料的承载能力和循环衰减。
高能量密度是三元锂电池的最大优点。电压平台是衡量锂电池能量密度的重要指标。它决定了电池的基本效率和成本。电压平台越高，比容量越大。因此，相同体积、重量甚至安全时间的电池具有更长的使用寿命，具有更高电压平台的三元锂电池。三元锂电池的放电电压平台为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。大量的现场测试表明，大容量三元电池很难通过针刺、过充等安全测试，这也是锰元素经常被引入大容量电池甚至混合锰酸锂一起使用的原因。锂电池500次循环的循环寿命低于中等水平，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。
目前，新能源汽车的主流电池技术路线有磷酸铁锂电池和三元锂电池两种。虽然这两款电池在很多应用领域都有竞争，但新能源汽车领域的竞争是主线，因为这是中国最大的锂电池应用场景。既然有竞争，就必须有比较。电池性能价格比的比较取决于车辆的价格。可以进行三元锂电池和磷酸铁锂电池的性能比较，有必要通过设定条件得到两种电池的实际参数。根据相关实验室、新能源汽车生产企业和动力电池生产企业的试验，虽然每次试验的具体参数略有差异，但对两种电池性能的判断趋于一致。为此，我们替换表参数进行比较。
1。巴士选择比亚迪，汽车选择特斯拉。这是两者在体积上的区别。从目前的技术来看，三元锂电池的能量密度一般为200wh/kg，未来可能达到300wh/kg。目前，磷酸铁锂电池基本在100～110wh/kg之间徘徊，个别电池可达到130～150wh/kg，但突破200wh/kg难度很大。因此，三元材料动力电池可以提供两倍于磷酸铁锂的空间，这对于空间有限的汽车非常重要。特斯拉生产三元锂电池，比亚迪生产磷酸铁锂电池。因此，有一种说法是“比亚迪代表公共汽车，特斯拉代表汽车”。
2.同样，三元锂电池新能源汽车由于能量密度高、重量轻、占用空间小等优点，耗电量小，速度快、续航力强。因此，该车使用三元锂电池可以跑得更远，而磷酸铁锂新能源车基本上仍用于城市公交车，因为短途行驶需要充电桩在短距离内充电。
3。当然，在客车中使用磷酸铁锂电池的核心是基于安全考虑。特斯拉汽车失火事故不止一次，原因是：特斯拉的电池组由约7000块18650三元锂电池组成，这些电池单元或整个电池组如果发生内部短路将产生明火，遭遇极端碰撞事故，短路点火。磷酸铁锂材料在短路时不会燃烧，其耐高温性能远优于锂三元电池。
5。虽然磷酸铁锂电池具有耐高温性能，但三元锂电池具有较好的耐低温性能，是制造低温锂电池的主要技术路线。在零下20摄氏度时，三元锂电池可以释放70.14%的容量，而磷酸铁锂电池只能释放54.94%的容量。此外，在低温条件下，三元磷酸锂电池的放电平台远高于磷酸铁锂电池的电压平台。它移动得更快。
5。三元锂电池的充电效率较高。锂电池采用限流限压的方法充电，即在电流大、效率高的情况下，第一阶段恒流充电。恒流充电达到一定电压后，进入第二阶段恒流充电。此时电流小，效率低。因此，用恒流充电与电池总容量之比来衡量两个电池的充电效率，即恒流充电比。实验数据表明，在10c以下充电时，二者差别不大，但在20c充电时，三元锂电池的恒流比为52.75%，磷酸铁锂电池的恒流比为10.08%，前者为后者的5倍。
6.在循环寿命方面，磷酸铁锂电池优于三元锂电池。三元锂电池的理论寿命为2000个循环，但当循环基本为1000个循环时，电池容量下降到60%。即使是业内最好的品牌特斯拉，在3000次循环后也只能维持70%的电量，而磷酸铁锂电池在同一次循环后也有80%的容量。
