分析三大锂电池类型
来源：宝鄂实业
2019-10-19 19:38
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三元材料
三元聚合物锂电池是以锂镍钴锰三元正极材料为正极材料的锂电池。锂离子电池正极材料种类繁多，包括钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等，三元材料综合了锂钴、锂镍、锂锰三种材料的优点。它们具有容量大、成本低、安全性好等优良特性。它们在小型锂电池中逐渐占据一定的市场份额，在动力锂电池领域具有良好的发展前景。
钴是锂电池的基本材料。然而，金属钴一方面是昂贵的和有毒的。近年来，无论是技术领先的日韩企业，还是国内电池制造商，都致力于“少钴”电池。在这一趋势下，以镍盐、钴盐和锰盐为原料制备的镍钴锰酸锂三元材料逐渐受到人们的青睐。从化学性质的角度看，三元材料属于过量金属氧化物，电池能量密度高。
虽然钴在三元材料中的作用仍然是必不可少的，但其质量分数通常控制在20%左右，大大降低了成本。同时，它具有锂钴和锂镍的优点。近年来，随着国内外厂商产量的不断增加，以三元材料为正极材料的锂电池替代商用钴酸锂的趋势十分明显。
从电动汽车到智能手机、可穿戴设备或充电电池，这项新技术完全适用。特斯拉[微博]首先将三元电池应用到电动汽车上。S型的续航里程为486公里，电池容量为85千瓦时。它使用8142松下18650电池和3.4Ah。工程师将把这些电池以砖块和碎片的形式一块一块地分发，形成一个完整的电池组，位于车身底部。
从全球范围看，三元材料的研发和生产不断推进。在这一过程中，材料的性能得到了很大的提高，应用领域也得到了一次又一次的拓展。日韩企业是三元材料电池研发的领军企业。我国三元材料的生产始于2005年左右，目前已有十多家大型企业。
磷酸铁锂
磷酸铁锂是近年来出现的一种锂动力电池材料。我国大容量磷酸铁锂电池的发展是在2005年。其安全性能和循环寿命是其他材料无法比拟的，也是动力电池最重要的技术指标。1c的循环寿命为2000次。单体电池的过充电压为30V，不燃不爆。采用磷酸铁锂正极材料制成的大容量锂离子电池易于串联使用，以满足电动汽车频繁充放电的需要。
磷酸铁锂具有无毒、无污染、安全性能好、原料来源广泛、价格低廉、使用寿命长等优点。它是新一代锂离子电池的理想正极材料。磷酸铁锂电池也有缺点，如磷酸铁锂正极材料的振动密度小，等容量磷酸铁锂电池的体积比钴酸锂等锂离子电池大，在微型电池方面没有优势。
由于磷酸铁锂的固有特性，其低温性能不如锰酸锂等其他正极材料。一般来说，对于单电池（注意它是单电池而不是电池组，电池组的测量低温性能可能稍高，这与散热条件有关）、0℃、40-55%、-10℃和20-40%时的容量保持率。这种低温性能明显不能满足供电要求。目前，一些生产厂家通过改进电解液体系、正极配方、材料性能和电芯结构设计，提高了磷酸铁锂的低温性能。
电池存在一致性问题。单体磷酸铁锂电池寿命目前超过2000次，但电池组的寿命会大打折扣，有可能是500次。因为电池组是由大量单体电池串并而成，其工作状态好比一群人用绳子绑在一起跑步，即使每个人都是短跑健将，如果大家的动作一致性不高，队伍就跑不快，整体速度甚至比跑得最慢的单个选手的速度还要慢。电池组同理，只有在电池性能高度一致时，寿命发挥才能接近单体电池的水平。
锰酸锂
锰酸锂是较有前景的锂离子正极材料之一，相比钴酸锂等传统正极材料，锰酸锂具有资源丰富、成本低、无污染、安全性好、倍率性能好等优点，是理想的动力电池正极材料，但其较差的循环性能及电化学稳定性却大大限制了其产业化。锰酸锂主要包括尖晶石型锰酸锂和层状结构锰酸锂，其中尖晶石型锰酸锂结构稳定，易于实现工业化生产，如今市场产品均为此种结构。尖晶石型锰酸锂属于立方晶系，Fd3m空间群，理论比容量为148mAh/g，由于具有三维隧道结构，锂离子可以可逆地从尖晶石晶格中脱嵌，不会引起结构的塌陷，因而具有优异的倍率性能和稳定性。
如今，传统认为锰酸锂能量密度低、循环性能差的缺点已经有了很大改观(万力新能典型值：123mAh/g，400次，高循环型典型值107mAh/g，2000次)。表面修饰和掺杂能有效改性其电化学性能，表面修饰可有效地抑制锰的溶解和电解液分解。掺杂可有效抑制充放电过程中的Jahn-Teller效应。将表面修饰与掺杂结合无疑能进一步提高材料的电化学性能，相信会成为今后对尖晶石型锰酸锂进行改性研究的方向之一。
