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三元鋰離子電池的壽命及優(yōu)缺點(diǎn)詳細(xì)介紹

時(shí)間:2021-07-16 17:06:27來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

導(dǎo)語(yǔ):?三元鋰離子電池是指使用三種鎳鈷錳過(guò)渡金屬氧化物作為正極材料的二次鋰離子電池。它完全結(jié)合了鈷酸鋰循環(huán)的良好性能,鎳酸鋰的高比容量以及錳酸鋰的高安全性和低成本,是通過(guò)混合,摻雜,涂覆和表面改性的方法合成鎳的在分子水平上具有多種元素(例如鈷和錳)的復(fù)合鋰插層氧化物。它是已被廣泛研究和應(yīng)用的可再充電鋰離子電池。

  三元鋰離子電池的壽命

  鋰離子電池壽命是指在使用一段時(shí)間后,電池容量分解為標(biāo)稱(chēng)容量的70%(室溫下25°C,標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下已放電并已放電的電池容量)。在0.2C時(shí)),可以視為使用壽命的終點(diǎn)。在工業(yè)上,循環(huán)壽命通常由鋰離子電池充滿(mǎn)和放電時(shí)的循環(huán)次數(shù)來(lái)計(jì)算。

  在使用過(guò)程中,鋰離子電池內(nèi)部將發(fā)生不可逆的電化學(xué)反應(yīng),這將導(dǎo)致容量降低,例如電解質(zhì)擊穿,活性材料失活,正負(fù)電極結(jié)構(gòu)崩潰以及內(nèi)部和外部鋰離子數(shù)量的減少。實(shí)驗(yàn)表明,較高的放電速率將導(dǎo)致容量下降更快,假如放電電流較低,則電池電壓將接近平衡電壓并釋放更多的能量。

  三元鋰離子電池的理論壽命約為800次循環(huán),這是商用可充電鋰離子電池中的平均壽命。磷酸鐵鋰持續(xù)約2,000個(gè)循環(huán),而鈦酸鋰達(dá)到10,000個(gè)循環(huán)。目前,傳統(tǒng)的電池制造商已經(jīng)承諾其三元電池的規(guī)格超過(guò)500倍(在標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行充電和放電),但是在將電池組組裝成電池組之后,由于問(wèn)題電阻,電阻和內(nèi)部電阻的關(guān)系不能完全相同,其壽命約為400倍。

  制造商建議SOC使用窗口為10%到90%。不建議進(jìn)行深度充電和放電,否則將對(duì)電池的正負(fù)電極結(jié)構(gòu)造成不可逆轉(zhuǎn)的損壞。假如通過(guò)表面電荷和表面放電計(jì)算,則循環(huán)壽命至少為1,000次。另外,假如鋰離子電池經(jīng)常在高速和高溫環(huán)境中放電,則電池壽命將顯著縮短至不足200倍。

  三元鋰離子電池的優(yōu)缺點(diǎn)

  三元鋰離子電池在容量和安全性方面相對(duì)平衡,并且是具有優(yōu)異的整體性能的電池。這三種金屬元素的重要功能,優(yōu)缺點(diǎn)如下:

  Co3+:減少陽(yáng)離子的混合占用,穩(wěn)定材料的層狀結(jié)構(gòu),降低電阻值,提高電導(dǎo)率并提高循環(huán)性能和速度。Ni2+:可以新增材料的容量(新增材料體積的能量密度)。由于Li和Ni的半徑相似,過(guò)多的Ni也會(huì)由于與Li的位錯(cuò)以及鋰層中鎳離子的濃度而引起鋰鎳的混合放電。鋰越大,在層狀結(jié)構(gòu)中將其去交織就越困難,從而導(dǎo)致不良的電化學(xué)性能。

  Mn4+:不僅可以降低材料成本,而且可以提高材料的安全性和穩(wěn)定性。但是,假如Mn的含量過(guò)多,則容易出現(xiàn)尖晶石相,破壞層狀結(jié)構(gòu),因此會(huì)降低循環(huán)的容量和衰減。

  高能量密度是三元鋰離子電池的最大優(yōu)勢(shì),電壓平臺(tái)是電池能量密度的重要指標(biāo),它決定了電池的基本效率和成本。具有較高電壓平臺(tái)的An-time電池和三元材料鋰離子電池的電池壽命更長(zhǎng)。單個(gè)三元鋰離子電池的放電電壓平臺(tái)高達(dá)3.7V,磷酸鐵鋰為3.2V,鈦酸鋰僅為2.3V。因此,從能量密度的角度來(lái)看,三元鋰離子電池要優(yōu)于磷酸鋰,錳酸鋰或鈦酸鋰具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

  安全性差和循環(huán)壽命短是三元鋰離子電池的重要缺點(diǎn),特別是安全性能,這已成為限制其大規(guī)模執(zhí)行和大規(guī)模集成應(yīng)用的重要因素。大量實(shí)際測(cè)試表明,大容量三元電池難以通過(guò)針灸和超負(fù)荷等安全測(cè)試,這也是大容量三元電池通常引入更多錳甚至使用錳酸鹽的原因。

標(biāo)簽: 鋰電池

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