鋰電池的材料主要包括四部分，正極材料、負(fù)極材料、電解質(zhì)和隔膜。由于正極材料的不同，鋰電池可分為三類：三元鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰?？赐赀@篇文章后，你將了解這些鋰離子電池。

 

三元鋰離子電池

三元聚合物鋰電池是一種使用鋰鎳、鈷和錳三元正極材料的鋰離子電池。鋰離子電池的正極材料有很多種，主要有鈷酸鋰、錳鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。三元材料結(jié)合了鈷鋰、鎳鋰和錳鋰的優(yōu)點，具有容量大、成本低、安全性好等優(yōu)異特性，并逐步占據(jù)鋰離子電池的一定市場份額。在動力鋰電池領(lǐng)域具有良好的發(fā)展前景。

 

 

鈷對鋰離子電池至關(guān)重要。然而，鈷價格昂貴且有毒。近年來，日本和韓國的主要公司以及中國電池制造商一直在努力減少電池中的鈷含量。在這一趨勢下，由鎳鹽、鈷鹽和錳鹽制備的鎳鈷錳酸鋰三元材料正在逐步推廣。從化學(xué)特性來看，三元材料屬于過量的金屬氧化物，電池的能量密度很高。

盡管鈷在三元材料中的作用仍然不可或缺，但質(zhì)量分?jǐn)?shù)通?？刂圃?0%左右，成本顯著降低。它還具有鋰鈷和鋰鎳的優(yōu)點。近年來，隨著產(chǎn)量的增加，以三元材料為正極材料的鋰離子電池取代商用鋰鈷氧化物的趨勢已經(jīng)非常明顯。

 

 

從電動汽車到智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備或充電寶，這項新技術(shù)完美運作。特斯拉是第一個將三元鋰離子電池應(yīng)用于電動汽車的公司。Model S的續(xù)航里程可達(dá)486公里，電池容量可達(dá)85kWh。使用8142節(jié)3.4AH松下18650電池。

從全球范圍來看，三元材料的開發(fā)和生產(chǎn)正在不斷推進(jìn)。在這一過程中，材料性能得到了極大的提高，應(yīng)用領(lǐng)域得到了一次又一次的拓展。日本和韓國企業(yè)是三元鋰離子電池研發(fā)的領(lǐng)導(dǎo)者。中國三元材料生產(chǎn)始于2005年左右，至今已有十多家大型企業(yè)。

 

磷酸鐵鋰電池

近年來，磷酸鐵鋰僅作為鋰動力電池的材料出現(xiàn)，大容量磷酸鐵鋰電池于2005年在中國開發(fā)。其安全性能和循環(huán)壽命與其他材料相當(dāng)，這些也是動力電池最重要的技術(shù)指標(biāo)。1C充放電的磷酸鐵鋰電池的循環(huán)壽命可達(dá)2000次。如果你對單個30V磷酸鐵鋰電池過度充電，它不會燃燒，而且在被擊穿時也不會爆炸。由磷酸鐵鋰正極材料制成的大容量鋰離子電池更容易串聯(lián)使用，以滿足電動汽車頻繁充電和放電的需求。

 

磷酸鐵鋰是新一代鋰離子電池的理想正極材料

磷酸鐵鋰具有無毒、無污染、安全性能好、原料來源廣、價格低廉、壽命長等優(yōu)點，是新一代鋰離子電池的理想正極材料。但磷酸鐵鋰電池也有其缺點。例如，磷酸鐵鋰正極材料的振動密度較小，且同等容量的磷酸鐵鋰電池體積大于鈷酸鋰和其他鋰離子電池，因此在微型電池方面不具有優(yōu)勢。

由于磷酸鐵鋰的固有特性，其低溫性能不如其他正極材料如錳酸鋰。在正常情況下，對于單個電池（注意：我們所說的是單個電池組，而不是電池組。測得的低溫性能可能稍高，這與散熱條件有關(guān)），當(dāng)溫度為0℃時，其容量保持率約為60~70%，10℃時為40~55%，20℃時為20~40%。這樣的低溫性能顯然不能滿足電源的要求。目前，一些制造商通過改進(jìn)電解液系統(tǒng)、改進(jìn)陰極配方、改進(jìn)材料性能和改進(jìn)電池結(jié)構(gòu)設(shè)計等多種方法來提高磷酸鐵鋰的低溫性能。

 

 

電池存在一致性問題。單個磷酸鐵鋰電池的壽命目前超過2000次循環(huán)，但電池組的壽命將顯著縮短，可能會縮短500次循環(huán)。因為電池組由大量單獨的電池串在一起，所以它的工作方式就像一群人在繩子上一起跑。即使每個人都是一名優(yōu)秀的短跑運動員，如果他們的動作不一致，團(tuán)隊也不會跑得很快，整體速度甚至?xí)茸盥膫€人跑者還要慢。類似地，只有當(dāng)電池的性能高度一致時，電池壽命才能接近單個電池的壽命。

 

錳酸鋰離子電池

錳酸鋰是一種很有前途的鋰離子電池負(fù)極材料。與鈷酸鋰錳酸鋰等傳統(tǒng)正極材料相比，它具有資源豐富、成本低、無污染、安全性高、性能比高等優(yōu)點，是理想的動力電池正極材料，但其循環(huán)性和電化學(xué)穩(wěn)定性較差，極大地限制了其產(chǎn)業(yè)化。錳酸鋰主要包括尖晶石型錳酸鋰和層狀結(jié)構(gòu)錳酸鋰，其中尖晶石型錳酸鋰結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，易于實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)。現(xiàn)在市場上的產(chǎn)品都使用這種結(jié)構(gòu)。尖晶石型錳酸鋰屬于立方晶系，F(xiàn)d3m空間群，理論比容量為148mAh/g。由于三維隧道結(jié)構(gòu)，鋰離子可以可逆地從尖晶石的晶格中移除，并且不會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的坍塌。因此，它具有優(yōu)異的速率性能和穩(wěn)定性。

 

如今，鋰錳的能量密度低和循環(huán)性能差的傳統(tǒng)缺點得到了極大改善。表面改性和摻雜可以有效地改變其電化學(xué)財產(chǎn)，表面改性可以有效地抑制錳的溶解和電解質(zhì)的分解。摻雜可以有效抑制充電和放電過程中的Jahn-teller效應(yīng)。表面改性和摻雜的結(jié)合無疑可以進(jìn)一步改善材料的電化學(xué)特性，相信它將成為尖晶石錳酸鋰改性的未來研究方向之一。