三元材料具有能量密度高、放電容量大、循環(huán)性能好、結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定等優(yōu)勢,已成為鋰電池正極材料的重要發(fā)展方向,并被廣泛應(yīng)用于新能源汽車、電動自行車、電動工具及3C等相關(guān)領(lǐng)域。
三元鋰離子電池到底是哪三元?三元鋰離子電池的“三元”指的是包含鎳(Ni)、鈷(Co)、錳(Mn)或鋁(Al)三種金屬元素的聚合物,在三元鋰離子電池中做正極。三者缺一不可,在電池內(nèi)部發(fā)揮的用途。
鈷,元素符號Co,原子序數(shù)27,原子量58.9332,密排六方晶體,在周期表中位于第4周期、第Ⅷ族,常見化合價為+2、+3。鈷是具有光澤的鋼灰色金屬,比較硬而脆,有鐵磁性,加熱到1150℃時磁性消失。在常溫下不和水作用,在空氣中加熱至300℃以上時氧化生成CoO,在白熱時燃燒成Co3O4。
鈷是具有光澤的鋼灰色金屬,熔點1493℃、比重8.9,比較硬而脆,鈷是鐵磁性的,在硬度、抗拉強度、機械加工性能、熱力學(xué)性質(zhì)、的電化學(xué)行為方面與鐵和鎳相類似。加熱到1150℃時磁性消失。
從材料來看,三元鋰電池的“三元”指的是包含鎳Ni、鈷、錳或鋁三種金屬元素的聚合物,在三元鋰電池中做正極。三者缺一不可,這其中每個元素都發(fā)揮著重要作用,同時每個元素的特點也制約著電池性能。從結(jié)構(gòu)上來講,三元鋰電池的能量密度高、充放電。同時其也有不耐高溫的特性,因此,安全性較差和循環(huán)壽命較短是三元鋰電池的主要短板,尤其是安全性能,是一直限制其大規(guī)模配組,和大規(guī)模集成應(yīng)用的一個主要因素。大量實測表明,容量較大的三元電池很難通過針刺和過充等安全性測試,這也是大容量電池中一般都要多引入錳元素,甚至混合錳酸鋰一起使用的原因。
三元鋰離子電池能量密度高,循環(huán)性能好于正常鉆酸鋰。目前,隨著配方的不斷改進(jìn)和結(jié)構(gòu)完善,電池的標(biāo)稱電壓已達(dá)到3.7V,在容量上已經(jīng)達(dá)到或超過鉆酸鋰離子電池水平。三元材料動力鋰離子電池重要有鎳鉆鋁酸鋰離子電池、鎳鉆錳酸鋰離子電池等,高溫結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,導(dǎo)致高溫安全性差,且pH值過高易使單體脹氣,進(jìn)而引發(fā)故障,現(xiàn)時條件下造價也不低。
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