车用锂电池

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简介

三元锂电池指其正极材料含有镍钴锰或镍钴铝的锂电池。锂电池主要有三种类型:三元锂电池、磷酸铁锂电池、锂离子电池等。如今,国内外三元锂电池厂家基本上都能达到放电温度-20摄氏度,放电容量超过50%,循环寿命400次,完全能满足用户需求。但在航空航天、军事装备等特殊产品中,锂电池必须能够达到较低的放电温度,以满足苛刻的使用条件。三元锂电池是使用三种过渡金属氧化物(镍、钴和锰)作为正极材料的锂电池。该材料综合了钴酸锂、锂镍和锰酸锂三种材料的优点,所以它们的性能优于任何一种单组分正极材料的锂电池。

三元锂电池分类

三元聚合物锂电池

三元聚合物锂电池由锰酸镍钴锂和凝胶聚合物电解质组成。电解液是锂离子运动的传递介质,通常含有溶剂和锂盐。锂二次电池的电解质主要由液态电解质、离子液体电解质、固体聚合物电解质和凝胶聚合物电解质组成。

三元动力锂电池

动力电池是以高功率密度和每单位时间释放更多的能量来支持大电流高速放电。容量是当电池充放电速率增大时电池的容量。充放电倍率用C表示,1C表示电池额定容量可用1小时,那么2C则可用30分钟。目前,已有一些厂家达到了较高的放电率,但电池的稳定性还有待提高,尤其是经过一段时间的使用后,其循环寿命和放电倍数都会大大降低。

三元低温锂电池

电池组温度特性是其可靠性的标志,可以通过改变环境温度来评价电池的性能。根据锂电池低温放电特性和循环寿命,研究其低温性能。主要是保持材料在低温条件下的流动性,使锂离子在正负极之间自由穿梭,实现电池的正常充放电。

三元锂电池的应用领域

三元锂电池的使用寿命长,其安全性比其它类型的锂电池高,所以一般不会爆炸。三元锂电池能量密度高、安全性和稳定性好、具有不错的电化学性能(如支持高速率放电)和较低的成本等优势,已广泛应用于中小型锂电池领域,如消费电子产品、工业设备、医疗器械、智能机器人、AGV物流车、无人机和新能源车等动力锂电池领域,有着强大的发展潜力。

三元锂电池输出电压稳定、输出电压高、性能稳定、容量大、寿命长、工作温度范围宽、安全环保无污染,所以三元锂电池在未来的发展中还有很大的提升空间,但仍需不断创新升级,以达到改善自身缺陷的目的。

三元锂电池的寿命

三元锂电池的寿命是在使用到一定程度后,通过容量衰减率计算出来,直至容量为零寿命终止。行业中的算法是三元锂电池在充满电后放电一次,即循环寿命。锂电池组在使用过程中发生不可逆化学反应,会导致电池容量下降。例如使用不当或极高或极低温时使用、电解溶液分解、活性物质失活、正负极结构崩塌等,都会导致容量降低。实验表明,较大的放电倍率会引起较大的功率衰减,在较低的放电电流下,电池电压将接近平衡电压,释放更多能量。

三元锂电池理论寿命为1200次,即完全循环寿命,按使用频率来说,三天充放电一次,一年充放电120次,三元锂电池寿命可达十年,即使在使用过程中有损耗,也可以达到八年以上,这是理论寿命。

在理论寿命上,三元锂电池在锂电池大家族中属于中等寿命。磷酸铁锂电池大约是2000次,而钛酸锂被认为可以10000次循环。当前主流电池厂商在其生产的三元电池规格说明书中承诺超过500次(标准条件下充放电),但在配组做成电池组后,由于电芯的电压和内阻不可能完全相同,其循环寿命约为400次。不建议进行深度充放电,否则会对电池的正负极结构造成不可逆的破坏,若以浅充浅放来计算,循环寿命至少为1000次。此外,锂电池如果经常在高倍率和高温环境下放电,其电池寿命将大幅下降。

三元锂电池的特点

1.三元锂电池具有极高的能量密度,超长的循环寿命,良好的温度特性,稳定的安全性能等优点,随着锂电池技术的进一步突破,性价比越来越高,在储能、动力等领域的应用已经非常广泛,是绿色城市解决方案的理想选择。

2.三元锂电池体积小、重量轻、优化的智能管理系统,可实时监控和保护锂电池的充、放电电流及单体电压。

3.绿色环保,不论生产、使用和报废,都不含有、也不产生任何有毒有害重金属元素和物质。

三元锂电池的特点

三元锂离子电池,简称三元锂电池,由三元聚合物组成,即镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂,三元锂是含有镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)或铝(Al)三种金属元素的聚合物,作为三元锂离子电池的正极,负极材料一般为石墨。

Co3+:减少阳离子混合占位,稳定材料的层状结构,降低阻抗值,提高电导率,提高循环和效率性能。

Ni2+:可提高材料的容量(提高材料的体积能量密度),而由于Li和Ni相似的半径,过多的Ni也会因为和Li发生位错现象导致锂镍混排,锂层中镍离子浓度越大,锂在层状结构中的脱嵌越难,导致电化学性能变差。

Mn4+:不仅可以降低材料成本,而且还可以提高材料的安全性和稳定性。但过高的Mn含量会容易出现尖晶石相而破坏层状结构,会使容量降低,循环衰减。

能量密度高、循环性能好是三元锂电池的优势,而电压是电池能量密度的重要指标,决定着电池的基本性能和成本,电压越高,容量越大。所以同样体积、重量,甚至同样安时的电池,电压比较高的三元材料锂电池续航时间更长。

单体三元锂电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,三元锂电池具有绝对优势。

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