鉅大LARGE | 點擊量：1560次 | 2021年04月19日
鋰離子電池這么多類別，優(yōu)缺點各是什么？
①。鎳鈷錳三元材料，似乎有點鎳酸鋰混合鈷酸鋰混合錳酸鋰的意思，雖然這么理解是不正確的，但是從三元材料的性能來看，這么理解又未嘗沒有道理：
1.與鎳酸鋰相比，三元材料的能量密度有所欠缺，但是穩(wěn)定性有很大的提高。
2.與鈷酸鋰相比，三元材料的平臺略低，材料成熟度有所差距，但是安全性和循環(huán)性，尤其是高充電電壓的可行性更高。
3.與錳酸鋰相比，三元才老的安全性要低不少，但是高溫性能和能量密度有很大的優(yōu)勢。
②。也許就是因為以上的相似與不似，使三元的實際應(yīng)用處于一個很尷尬的境地：
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
目前國內(nèi)的三元一般是部分的替代鈷酸鋰使用領(lǐng)域，與錳酸鋰或者鈷酸鋰混合用于中低端的電子消費品，與錳酸鋰混合應(yīng)用于中低端動力市場。
以上的三種使用方式涵蓋了國內(nèi)絕大部分三元的市場，其實大體看一下，我們就不難發(fā)現(xiàn)，三元在國內(nèi)市場的使用其實只有一個目的：降低成本。
1.在電子產(chǎn)品中，三元重要是用于替代價格相對較高的鈷酸鋰，無法凸顯三元材料長循環(huán)壽命等優(yōu)勢。
2.在動力市場中，三元重要是由于取代單位體積能量密度成本相對較高的錳酸鋰，其重要目的也是減少其他電池材料的使用，進(jìn)一步降低每瓦時的成本。
一種為了降低成本而使用的材料注定其發(fā)展路線會以價格為導(dǎo)向，會存在性能不升反降的可能性，而今，這一可能性因為三元過早的卷入了國內(nèi)的價格戰(zhàn)而過早地成為現(xiàn)實。
在這種競爭模式下，三元的利潤率正越來越接近鈷酸鋰，性能則和早已成熟的鈷酸鋰相差越來越大。
這種競爭模式的另一個負(fù)面影響就是，高鎳的三元越來越被看好，盡管很多廠家根本不考慮高鎳三元在工藝上的敏感性，而綜合性能最高的111三元和111三元在高電壓下的優(yōu)勢在沒怎么被關(guān)注之前就趨于淡化。
③。其實，三元材料是一種綜合性能優(yōu)越的材料，只有以性能為導(dǎo)向的市場才能真正發(fā)揮其作為新型正極材料的優(yōu)勢。
在電子產(chǎn)品中，三元材料除了成本上的天然優(yōu)勢之外，可以通過提高鎳含量，提高充電電壓上限和提高壓實密度來使其能量密度不斷提升。
1.提高鎳含量的三元材料和鎳鈷鋁具有很相似的特性，完全可以按照鎳鈷鋁的發(fā)展模式去做。不過國內(nèi)受到工藝控制水平的影響，鎳鈷鋁一直沒有發(fā)展起來，在這個大背景下，高鎳的三元也很難有好的發(fā)展。
2.提高充電電壓（一般而言，僅限于111）是三元很應(yīng)該去發(fā)展的一條道路，目前國內(nèi)很多有遠(yuǎn)見的公司也都在開發(fā)。說實話，與鈷酸鋰相比，三元材料在高電壓下具有很高的優(yōu)勢，從材料本身來說，全電池中，即使在4.5V充電電壓下，材料不要改性仍然可以有很好的穩(wěn)定性。而且在這個條件下，111的克容量可以超過190，其前景十分值得關(guān)注。但是由于三元電池體系的成熟度相對鈷酸鋰有很大的差距，所以在4.3V或者4.35V下的高電壓開發(fā)中，三元的優(yōu)勢較鈷酸鋰并不明顯，尤其是相關(guān)于做過摻雜改性的鈷酸鋰而言。于是，一些廠家淺嘗輒止，但是真正了解三元這一優(yōu)勢的廠家則從未止步。
3.提高壓實密度，常規(guī)的111三元克容量是鈷酸鋰的105%左右，532的是鈷酸鋰的115%左右，但是壓實密度則為鈷酸鋰的80%左右，而一般高性能鈷酸鋰的領(lǐng)域看中的正是穩(wěn)定性為前提的高能量密度，盡管三元材料的穩(wěn)定性優(yōu)于鈷酸鋰，但是其能量密度卻有不小的差距，從這里我們可以看出提高三元壓實密度的重要意義。
解決了電極加工性能的高壓實三元材料，雖然僅僅是形貌的變化，但是意味著其應(yīng)用領(lǐng)域的一個很大的延伸。盡管三元材料的身上有很多其他正極的影子，但是其綜合性能十分優(yōu)異，無論與其它正極一同使用取長補短，或者單獨使用盡顯其能都應(yīng)該以充分發(fā)揮其性能為前提。
較明顯的缺點：
1.三元材料的首次充放電效率低
2.三元材料鋰層中陽離子的混排，對材料的首次充放電效率及循環(huán)穩(wěn)定性都有影響．
3.三元材料的放電電壓平臺較LiCoO2低，有待提高．
A、按正極材料分類：鈷酸鋰、三元材料、錳酸鋰、磷酸鐵鋰
鈷酸鋰材料用為最早應(yīng)用于鋰離子電池的材料，與錳酸鋰和其他正極材料相比，其優(yōu)點是克容量高，僅次于二/三元材料，一般情況達(dá)到140mAh/g，體積比能量最高，同時該材料的加工性能良好，應(yīng)用工藝很成熟，廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、手機、MP3/4等小型電子設(shè)備中，但是鈷酸鋰材料的致命缺陷是材料的安全性能差，尤其是在過充的時候，當(dāng)正極中的鋰脫嵌到一定程度時，鈷酸鋰結(jié)構(gòu)會發(fā)生破壞，出現(xiàn)大量的氧，引起電芯的燃燒爆炸。
二/三元材料，其結(jié)構(gòu)和鈷酸鋰類似，也是層狀結(jié)構(gòu)，材料的克容量最高，可以達(dá)到150mAh/g，這也是采用三元材料的電芯在體積和重量上有優(yōu)勢的重要原因，但三元材料的安全性能與鈷酸鋰接近，尤其是做成容量超過5Ah以上的電芯，在進(jìn)行濫用測試時，經(jīng)常發(fā)生燃燒或爆炸的安全性問題；另外，二/三元材料的放電平臺低，僅有3.6V左右，與錳酸鋰材料相比，在相同容量的情況下，能量要低8-9%，并且在實際使用中，因控制器的關(guān)閉電壓較高，對三元材料的容量影響也較錳酸鋰材料電芯更大。在成本方面，由于使用了金屬鈷、鎳作為重要成分，價格較高，目前為180-200元/kg，綜合材料成本約為錳酸鋰的1.5倍。
錳酸鋰材料屬尖晶石結(jié)構(gòu)，熱穩(wěn)定性好，制作的電芯安全性能優(yōu)越，能通過包括UL1642、BASTO、UN38.3等各種安全性能測試。錳酸鋰電芯的最大缺點是比容量要低于三元材料。錳酸鋰制備的電芯，電性能比較穩(wěn)定，在正常情況下，電芯的循環(huán)性能超過600周。
磷酸鐵鋰材料，是一種新興的正極材料，與其他材料相比，電芯的循環(huán)性能較好，一般情況下，0.5-1.0C電流放電，1000周容量衰減約10-20%，電芯的安全性能也比較好，是未來一種比較理想的正極材料，但是，由于磷酸鐵鋰，從材料本身制備到應(yīng)用于此材料制作電芯的過程中，工藝還不成熟，三價鐵鋰子的控制難度大、材料導(dǎo)電能力差，有待進(jìn)一步提高，同時，磷酸鐵鋰的專利問題不可回避，這會是批量生產(chǎn)、銷售和使用難以逾越的一個障礙。
