【干货】一文读懂三元锂动力电池体系

本文摘要:众所周知,以三元材料作为负极材料的动力锂电池近年来凭借其容量低、循环稳定性好、成本高等最重要优点,渐渐在动力电池行业中占有越发最重要的地位。 在新能源汽车中,三元锂电池的占有率多达了磷酸铁锂电池沦为众多亮点,还包括吉利、奇瑞、长安、众泰、中华等大部分国内主流车企都争相发售使用三元动力电池的新能源车型。例如北汽EV系列、奇瑞eQ、艾瑞泽3EV、江淮iEV4、众泰云100、还包括吉利帝豪EV等。 那么到底三元材料电池越发强势的原因是什么呢?

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众所周知,以三元材料作为负极材料的动力锂电池近年来凭借其容量低、循环稳定性好、成本高等最重要优点,渐渐在动力电池行业中占有越发最重要的地位。  在新能源汽车中,三元锂电池的占有率多达了磷酸铁锂电池沦为众多亮点,还包括吉利、奇瑞、长安、众泰、中华等大部分国内主流车企都争相发售使用三元动力电池的新能源车型。例如北汽EV系列、奇瑞eQ、艾瑞泽3EV、江淮iEV4、众泰云100、还包括吉利帝豪EV等。

那么到底三元材料电池越发强势的原因是什么呢?  在之前的文章《手把手带上你了解锂离子电池》一文中有提及,锂离子电池的性能主要各不相同其负极材料,而且锂离子电池也一般来说以负极材料来命名。市场上所说的三元材料电池大多是指以镍钴锰为负极材料的锂离子电池。

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  人们找到,镍钴锰三元负极材料中镍钴锰比例可在一定范围内调整,并且其性能随着镍钴锰的比例的有所不同而变化。因此,出于更进一步减少钴镍等低成本过渡性金属的含量,以及进一步提高负极材料的性能的目的,世界各国在镍钴锰三元材料的研究和研发方面做到了大量的工作,明确提出了多个具备有所不同镍钴锰比例构成的三元材料体系,还包括333,523,811体系等。一些体系早已顺利地构建了工业化生产和应用于。

  1.镍钴锰三元负极材料结构特征  镍钴锰三元材料一般来说可以回应为:LiNixCoyMnzO2,其中x+y+z=1。  依据3种元素的摩尔比(x∶y∶z比值)的有所不同,分别将其称作有所不同的体系,如构成中镍钴锰摩尔比(x∶y∶z)为1∶1∶1的三元材料,全称为333型;摩尔之比5∶2∶3的体系,称作523体系等。  333型、523型和811型等三元材料皆归属于六方晶系的-NaFeO2型层状岩盐结构,如图1。图1-NaFeO2型层状岩盐结构图  镍钴锰三元材料中,3种元素的的主要价态分别是+2价、+3价和+4价,Ni为主要活性元素。

其电池时的反应及电荷转移如下:  负极反应:LiMO2Li1-xMO2+xLi++xe-  负极反应:nC+xLi++xe-LixCn  电池总反应:LiMO2+nCLi1-xMO2+LixCn  一般来说,活性金属成分含量越高,材料容量就越大,但当Ni的含量过低时,不会引发Ni2+占有Li+方位,激化了阳离子混排,从而造成容量减少。Co也是活性金属,但能起着诱导阳离子混排的起到,从而平稳材料层状结构;Mn则不参予电化学反应,可获取安全性和稳定性,同时降低成本。  2.有所不同体系镍钴锰三元锂离子电池的特点  当前市场上不存在许多镍钴锰三元体系电池,例如523,111,811体系等等,图2能协助我们较直观的理解各体系的特点及相互之间的差异。

图2镍钴锰三角模型规律图  作为车载动力电池,市场对其能量密度明确提出了更加苛刻的拒绝。但鱼和熊掌不能兼得,由图2由此可知,若想取得低能量密度且安全性平稳的动力电池,必需减少Ni及Co在三元材料中的比重。预示而来的,是由Ni的开朗特性带给的安全隐患及Co资源缺少带给的成本增加。


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