三元锂電池的優缺點

TIME: 2022-06-10 新聞資訊

三元锂電池是指采用鎳钴錳三種過渡金屬氧化物爲正極材料的二次锂電池。它充分綜合了钴酸锂良好的循環性能、鎳酸锂的高比容量和錳酸锂的高安全性及低成本等特點，利用分子水平混合、摻雜、包覆和表面修飾等方法合成鎳钴錳等多元素協同的複合嵌锂氧化物。是目前被廣泛研究和應用的一種锂離子可充電電池。

三元锂電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缺点如下：

Co3+：減少陽離子混合占位，穩定材料的層狀結構，降低阻抗值，提高電導率，提高循環和倍率性能。

Ni2+：可提高材料的容量（提高材料的體積能量密度），而由于Li和Ni相似的半徑，過多的Ni也會因爲與Li發生位錯現象導致锂鎳混排，锂層中鎳離子濃度越大，锂在層狀結構中的脫嵌越難，導致電化學性能變差。

Mn4+：不僅可以降低材料成本，而且還可以提高材料的安全性和穩定性。但過高的Mn含量會容易出現尖晶石相而破壞層狀結構，使容量降低，循環衰減。

能量密度高是三元锂電池的最大优势，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電池续航时间更长。单体三元锂電池放电电压平台高达3.7V，磷酸铁锂为3.2V，而钛酸锂仅为2.3V，因此从能量密度角度来说，三元锂電池比磷酸铁锂，锰酸锂或者钛酸锂具有绝对优势。

安全性较差和循环寿命较短是三元锂電池的主要短板，尤其是安全性能，是一直限制其大规模配组，和大规模集成应用的一个主要因素。大量实测表明，容量较大的三元电池很难通过针刺和过充等安全性测试，这也是大容量电池中一般都要多引入锰元素，甚至混合锰酸锂一起使用的原因。500次的循环寿命在锂電池中属于中等偏下，因此三元锂電池目前最主要的应用领域是3C数码等消费类电子产品。

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