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三元锂电池的三种金属元素介绍

来源:宝鄂实业    2021-06-22 13:16    点击量:
 三元锂电池之所以被成为三元锂电池,就是因为其正极材料采用了包含镍、钴、锰(或铝)三种金属元素的三元聚合物。三元锂电池中三元指的是包含镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)或铝(Al)三种金属元素的聚合物,在三元锂电池中做正极;锂指的是电解质主要为六氟磷酸锂的电解液,而负极材料一般为石墨。
 
  三元锂电池在容量与安全性方面比较均衡,是一款综合性能优异的电池。三种金属元素的主要作用和优点如下:
 
  Co3+:减少阳离子混合占位,稳定材料的层状结构,降低阻抗值,提高电导率,提高循环和效率性能。
 
  Ni2+:可提高材料的容量(提高材料的体积能量密度),而由于Li和Ni相似的半径,过多的Ni也会因为与Li发生位错现象导致锂镍混排,锂层中镍离子浓度越大,锂在层状结构中的脱嵌越难,导致电化学性能变差。
 
  Mn4+:不仅可以降低材料成本,而且还可以提高材料的安全性和稳定性。但过高的Mn含量会容易出现尖晶石相而破坏层状结构,使容量降低,循环衰减。
 
  众所周知,三元材料中的镍含量越高,材料的稳定性越差,安全性越差。目前,虽然业内发展高镍三元锂电池材料的“调子”已定,为了在保持其高比能量的同时,兼顾循环寿命和安全性,国内材料和电池企业可谓是苦心造诣,其安全问题仍在持续解决中。
 
  业内专家表示,三元高镍材料的安全性可以通过材料改性优化、表面包覆、调整电解液和负极材料等方式来逐步解决。
 
  材料改性方面,在三元材料晶格中掺杂一些金属离子和非金属离子,可以提高电子电导率和离子电导率,提高电池的输出功率密度,同时可以提高三元材料结构的稳定性。
 
  能量密度高是三元锂电池的最大优势,而电压平台是电池能量密度的重要指标,决定着电池的基本效能和成本,电压平台越高,比容量越大,所以同样体积、重量,甚至同样安时的电池,电压平台比较高的三元材料锂电池续航时间更长。
 
  在三元锂电池的正极材料中,镍、钴、锰(或铝)这三种金属元素缺一不可,多一个或者少一个都会影响其最终的表现或做不成电池。三元锂电池能量密度高,循环性能好于正常钴酸锂。目前,随着配方的不断改进和结构完善,电池的标称电压已达到3.7V,在容量上已经达到或超过钴酸锂电池水平。


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