近年來，LFP與NMC電池技術(shù)路線之爭從未停止。而本文結(jié)合兩種正極材料和電池的特點(diǎn)，對其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了比較和分析。此外，你還可以通過我們網(wǎng)站上的lifepo4 vs 鋰離子電池了解lfp和鋰離子電池的對比分析。

 

Lfp材料和電池

與lfp與nmc電池相比，三維網(wǎng)狀橄欖石結(jié)構(gòu)的lifepo4形成了一個一維的Li +傳輸通道，限制了Li +的擴(kuò)散。同時，八面體的feo6是共頂連接的，在大倍數(shù)放電時，其電子傳導(dǎo)率低，極化大。為了解決lifepo4材料的鋰離子擴(kuò)散和電子傳導(dǎo)率低的問題，目前的技術(shù)主要是通過納米技術(shù)、碳涂層、摻雜等手段進(jìn)行改進(jìn)。

lifepo4材料的充放電過程主要在lifepo4和fepo4相之間變化，體積變化率小，材料的穩(wěn)定性極強(qiáng)。因此，lfp材料和電池的安全性和穩(wěn)定性是毋庸置疑的。

 

Lfp電池主要有以下特點(diǎn)

● Lfp電池循環(huán)性能優(yōu)良，能量電池循環(huán)壽命可達(dá)3000~4000次，倍率電池循環(huán)甚至可以達(dá)到數(shù)萬次。

● lfp與nmc電池相比，lfp電池具有優(yōu)良的安全性能，即使在高溫下仍能保持相對穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，使得lfp電池安全可靠，即使在電池變形和損壞時也不會出現(xiàn)冒煙、火災(zāi)等安全事故。

 

 

另一方面，lfp原料資源比較豐富，大大降低了材料和電池的使用成本。同時，由于鐵和磷元素對環(huán)境友好，lfp材料和電池對環(huán)境無污染。但是，對nmc與lifepo4來說，lifepo4材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了該材料的離子和電子傳導(dǎo)性比較低，隨著溫度的降低，電子轉(zhuǎn)移阻抗和電荷遷移阻抗均迅速增加，導(dǎo)致其電池低溫性能差。

 

NMC材料和電池

自從Li（NixCoyMn1-x-y）O2材料首次被報道以來，它就引起了研究人員的高度關(guān)注。為了減輕Co價格上漲帶來的成本壓力，世界各地都在開展低Co甚至無Co材料的研究，這類材料有可能成為未來的主流正極材料。

Li（NixCoyMn1-x-y）O2與LiCoO2結(jié)構(gòu)有相似之處。以NCM111 nmc型材料為例，Li+位于結(jié)構(gòu)中的3a位置，Ni、Mn和Co隨機(jī)分布在3b位置，而晶格氧占據(jù)6c位置。過渡金屬層結(jié)構(gòu)由Ni、Mn和Co組成，被6個晶格氧包圍，形成MO6（M=Ni、Co或Mn）八面體結(jié)構(gòu)，而鋰離子嵌入MO6層中。

在充放電過程中，鋰離子被嵌入MO6層間結(jié)構(gòu)中，參與電化學(xué)反應(yīng)的電對是Ni2 + / Ni3 +、Ni4 +、Ni3 +和Co3 + / Co4 +，而Mn元素是電化學(xué)惰性的，對電化學(xué)容量沒有貢獻(xiàn)。根據(jù)鎳含量的比例，nmc材料和電池可以分為常規(guī)類型和高鎳類型。隨著鎳含量的增加，可拆卸的鋰嵌入物增加，材料容量和電池能量密度增加，因此高鎳型納米金屬材料和電池是目前的研究熱點(diǎn)和充滿挑戰(zhàn)。

 

 

首先，由于Ni2+半徑與Li+半徑非常接近，隨著Ni含量的增加，高鎳nmc材料在高溫?zé)Y(jié)制備時產(chǎn)生Li/Ni混合的概率急劇增加。而鋰很難進(jìn)入MO6層，阻礙了Li+的傳輸能力，導(dǎo)致比容量的降低和循環(huán)性能的下降，且難以逆轉(zhuǎn)。

其次，隨著鎳含量的增加，材料中Ni3+的比例也隨之增加，而Ni3+非常不穩(wěn)定，暴露在空氣中很容易與空氣中的水和CO2反應(yīng)產(chǎn)生表面殘堿，導(dǎo)致三元材料（制備三元鋰電池的正極材料）容量和循環(huán)性能的損失。另外，表面殘堿過多會使nmc電池產(chǎn)氣嚴(yán)重，影響其循環(huán)性能和安全性能。

第三，高價位的鎳元素還具有較高的催化活性和氧化性，導(dǎo)致電解液分解的同時也會造成電池氣體的產(chǎn)生。為了解決上述問題，前驅(qū)體定制、燒結(jié)工藝個性化、離子摻雜、表面涂層改性、濕法處理和生產(chǎn)環(huán)境控制等已成為納米碳材料廠商的共同選擇。

對于nmc電池，其性能特點(diǎn)主要有材料質(zhì)量比容量高、質(zhì)量和體積比能量大、倍率性能好和低溫性能好，但由于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、鎳鈷資源的稀缺性，其循環(huán)性能好，安全性能一般，成本高。

 

lfp與nmc電池及材料的比較分析

能量密度

lfp與nmc相比，nmc材料具有較高的放電比容量，平均電壓也較高，所以nmc電池的質(zhì)量比能量一般高于lfp。另外，由于真密度低，顆粒小，有碳涂層，lfp材料的極板壓實(shí)密度約為2.3~2.4g/cm3，而nmc極板材料的壓實(shí)密度可以達(dá)到3.3~3.5g/cm3。所以nmc材料和電池的體積比能量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于lfp的。

 

 

安全性

從安全性的角度對lfp與nmc材料進(jìn)行比較，lfp材料的主要結(jié)構(gòu)是po4，其鍵能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于nmc材料MO6八面體的M-O鍵能。全電lfp材料的熱分解溫度為700℃左右，而相應(yīng)的nmc材料的熱分解溫度為200~300℃，所以lfp材料更安全。從lfp與nmc電池的對比來看，lfp電池可以通過所有的安全測試，而nmc電池的針刺和過充測試不容易通過，這需要從結(jié)構(gòu)件和電池設(shè)計端進(jìn)行改進(jìn)。

動力性能

lfp材料Li+的活化能只有0.3到0.5e V，導(dǎo)致其Li+擴(kuò)散系數(shù)在10-15到10-12c m2/s的量級。極低的電子傳導(dǎo)性和鋰離子擴(kuò)散性導(dǎo)致lfp功率性能不佳。nmc材料的Li+擴(kuò)散系數(shù)約為10-12~10-10 c m2/s，電子傳導(dǎo)率高，因此nmc電池具有更好的功率性能。

溫度適宜性

由于lfp材料的電子導(dǎo)電性和離子導(dǎo)電性較低，lfp電池的低溫性能較差。與常溫相比，lfp電池-20℃的放電容量保持率只有60%左右，而同體系的nmc電池可以達(dá)到70%以上。

成本和環(huán)境因素

Nmc材料含有稀缺的金屬，如Ni和Co，其成本高于lfp。隨著lfp與nmc電池和材料技術(shù)水平的提高，lfp與nmc電池的成本明顯下降，目前nmc電池的市場價格要高于lfp電池。同時，與環(huán)保的Fe和P元素相比，N和電池中的nmc材料和Co元素對環(huán)境的污染很大。結(jié)合上述因素，對nmc材料和電池的環(huán)境控制和廢物回收的需求更加迫切。

 

 

總而言之，lfp與nmc電池各有優(yōu)勢，這也決定了兩種材料各自的應(yīng)用領(lǐng)域。說到鎳鈷錳電池，大家可能想了解一些關(guān)于高鎳電池的信息，比如行業(yè)動態(tài)和行業(yè)內(nèi)一些知名廠家。本網(wǎng)十大高鎳電池廠家將為您提供全面的高鎳電池廠家信息，幫助您對該領(lǐng)域有更深入的了解。