大话百科天地 / 动力电池 / 锂动力电池分类及技术特性(一)

分享

   

锂动力电池分类及技术特性(一)

2020-10-09  大话百科...

1钴酸锂(LiCoO2

钴酸锂是最早商业化使用的锂离子电池的正极材料,也是目前最常用和用量最大的正极材料。该材料的电化学特性优异,初次循环不可逆容量损失小,充放电效率高,热稳定性好,循环寿命长,工作电压为3.6V。但是钴材料成本较高,资源缺乏,因此必须开发少用钴、不用钴的廉价材料,从而可大大降低锂离子电池的成本。

  钴酸锂材料比容量有200210mA·h/g,其材料真密度和极片压实密度均是现有正极材料中最高的,商用钴酸锂/石墨体系的锂电池的充电电压可提升到4.40V,已经可满足智能手机和平板电脑对高体积能量密度软包电池的需求。钴酸锂电池在能量密度、比功率、使用寿命方面的表现并不突出。钴酸锂电池一个十分致命的缺点在于容易过热,如果钴酸锂电池组内部温度控制不佳的话很容易发生起火事故。因其循环寿命和安全性都较低,事实证明其并不适用作为动力电池。

钴酸锂电池的循环寿命主要受到固体电解质界面(SEI)的限制,主要表现在SEI膜的逐渐增厚,和快速充电或者低温充电过程的阳极镀锂问题。由于钴的高成本以及通过与其他活性阴极材料混合材料带来的明显性能改善,钴酸锂正在逐步被锰酸锂替代。

  2锰酸锂(LiMn2O4

锰酸锂作为使用历史比较长的一种锂离子电池材料,其安全性高,尤其抗过充能力强,是一大突出优点。由于锰酸锂自身结构稳定性好,在电芯设计时,正极材料的用量不必超越负极太多。这样,使得整个体系中的活性锂离子的数量不多,在负极充满以后,不会有太多的锂离子存于正极。即使出现了过充情形,也不会出现大量锂离子在负极沉积形成结晶的状况。因而,锰酸锂的耐过充能力在常用材料中是最好的。另外,材料价格低廉,并且对生产工艺要求相对不高,是比较早取得广泛应用的正极材料。

锰酸锂离子电池的突出优点是原料成本较低、生产工艺简单、热稳定性高、耐过充性好、放电电压平台高、安全性高。锰酸锂离子电池的缺点是理论容量比较低,极限在148mAh/g,循环寿命低,在循环过程中可能有锰元素的溶出影响锰酸锂离子电池在高温环境中的寿命等问题。

  锰酸锂离子电池可以保证在满电状态下,正极的锂离子可以完全嵌入到负极炭孔中,而不是像钴酸锂那样在正极有一定残留,这就从根本上避免了枝晶的产生。锰酸锂稳固的结构使其氧化性能远低于钴酸锂,即使外部短路,也基本能避免析出金属锂引发的燃烧和爆炸。

锰酸锂不仅在价格上占优势,而且具有安全性好、无环境污染、毒性低、易回收、工作电压高、成本低廉的特点,其三维的隧道结构,比层间化合物更有利于锂离子的嵌入和脱出。但HMn2O4与电解质的相容性不佳,其高温和高电压下的循环寿命也是问题。所以锰酸锂的发展有明显的瓶颈,近年来的研究方向主要是改性锰酸锂,通过掺杂其他元素,改变其缺点。

  3)磷酸铁锂(LiPO4

磷酸铁锂离子电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池,磷酸铁锂离子电池优势在于稳定、安全、成本低,磷酸铁锂晶体中的P-O键稳固,难以分解,即便在高温或过充时也不会像钴酸锂一样结构崩塌发热或是形成强氧化性物质,因此拥有良好的安全性。磷酸铁锂电热峰值可达350℃~500℃,工作温度范围宽广(-20C+75C),有耐高温特性磷酸铁锂电热峰值可达350℃~500℃。磷酸铁锂离子电池的技术特性如下:

1)高能量密度,其理论比容量为170mAh/g,产品实际比容量可超过140mAh/g

2)安全性,是目前最安全的锂离子电池正极材料;不含任何对人体有害的重金属元素。

3)寿命长。磷酸铁锂的优点主要体现在安全性和循环寿命上,主要的决定因素来自于磷酸铁锂的橄榄石结构。这样的结构,一方面导致磷酸铁锂较低的离子扩散能力,另一方面也使它具备了较好的高温稳定性,和良好的循环性能。100%DOD条件下,可以充放电2000次以上,理论寿命将达到7~8年。

  4)无记忆效应。

5)充电性能,采用磷酸铁锂正极材料的锂电池,可以使用大倍率充电,最快可在1小时内将磷酸铁锂离子电池充满。

磷酸铁锂离子电池的缺点也比较明显,能量密度低,一致性差以及低温性能不佳。能量密度低是材料自身的化学性质决定的,一个磷酸铁锂大分子只能对应容纳一个锂离子,3.4V的最高电压也限制了它的能量表现,已经无法满足当前和未来的市场需求。此外,磷酸铁锂离子电池的倍率性能一般,低温特性差等缺点,也限制了磷酸铁锂离子电池的应用。

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多
    喜欢该文的人也喜欢 更多

    ×
    ×

    ¥.00

    微信或支付宝扫码支付:

    开通即同意《个图VIP服务协议》

    全部>>