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锂离子电池按材料体系分类及特点

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浏览:- 发布日期:2016-10-02 20:01:01【

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目前主流的锂离子动力电池,主要按正极材料来分类,可分为以下几种类别

1. 磷酸铁锂
2. 锰酸锂
3. 镍酸锂
4. 三元材料主要有镍钴锰与镍钴铝
5. 磷酸锰锂

负极材料主要有石墨及钛酸锂。

以上正极材料体系的特点主要表现在以下几个方面:
一、 锰酸锂体系,电池负极材料主要为石墨。
其克容量低,但压实密度高,总体能量密度与磷酸铁里相当;最大问题是较高温度工作时易溶解。需要通过参杂和表面处理来改善其温度耐受性,其稳定性、安全性不如磷酸铁锂。
二、 磷酸锰铁锂体系,负极为石墨。
材料成熟度低,电子电阻高,目前寿命较短,因为有铁锂和锰锂混合,所以平台电压有两段,做成组策略时要考虑SOC不一致的影响。
三、 磷酸铁锂电池,负极为石墨
电压平台很平稳,能量发挥好,原材料储量大,经济性能较好。
同时几乎无没有热失控问题(热失控温度在800℃以上),材料体系非常安全。也因为电池材料特性安全性高,磷酸铁里电池可以做大容量单体电芯(高达几百安时),有利于系统的成组效率(按重量能量比计算,客车应用硬壳电池可以达到78%的成组效率)。
磷酸铁里已经广泛用于混合动力、纯电动客车以及电网和家庭储能系统,是目前新能源客车市场上用量最多的锂离子动力电池。
四、 三元材料电池,多数使用镍钴锰混合作为正极材料,也有用镍钴铝作为正极材料的(如特斯拉所用松下电池),负极为石墨
能量密度高(目前NCM电性能做到200WH/kg以上,NCA则更高)、寿命特性优良,但热失控温度200℃以上,需要在系统集成中多方面考虑如何控制热扩散,以满足其系统安全性需要。也是因为安全性考虑,三元系材料一般不会做大容量单体电芯,三原材料电池多用于纯电动乘用车和非载客的商用车,目前是新能源乘用车用量增长最快的电池。
五、 钛酸锂电池是在锂离子电池中,用钛酸锂替代石墨作为负极材料,只正极材料可以是以上任何正极材料。
钛酸锂电池有四大优点:低温特性好(尤其是低温-30℃还可以充电)、高功率(可大功率充放电,尤其是充电倍率可以很高)、长寿命循环(可以轻松达到万次以上)、安全性高(几乎没有热失控风险) ;
钛酸锂也有三大缺点:平台电压低(仅有2.2V,系统成组需连接很多电芯,效率很低)、还存在高温胀气问题(虽然现在有所改善但并没有根本解决)、成本高(约为石墨体系电池的两倍多),钛酸锂电池多用于混合动力和单词续航里程要求不高但需要多次充电的应用场景中;

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