不同規(guī)格鋰電池充放電要求不同？小型電池性能要求為什么更高
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-15 01:32
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正極材料的水分含量與其比表面積、顆粒大小及分布、表面孔隙度、表面包覆物等密切相關(guān)。水分含量對電池制漿影響很大。通常正極漿料大多采用聚偏氟乙烯（PVDF）作黏結(jié)劑，N-甲基吡咯烷酮（NMP）為溶劑，在此有機體系中大分子量的PVDF并非完全溶解，而是溶膠的形式存在。當(dāng)正極材料的水分、殘堿較高時，有機溶膠體系被破壞，PVDF將會從NMP中析出，使?jié){料發(fā)生黏度劇增，甚至出現(xiàn)果凍現(xiàn)象。磷酸鐵鋰因其一次顆粒為納米顆粒，比表面積大，容易吸收空氣水分，因此給出了較寬的水分含量范圍，但實際大多也控制在300ppm以下，否則在電池制漿時容易形成果凍。
除了特意引入的摻雜元素，正極材料的雜質(zhì)元素越低越好。雜質(zhì)元素一般是通過原料和生產(chǎn)過程引入的，需要在源頭加以控制。最常見的雜質(zhì)元素是Na、Ca、Fe、Cu，Na在前驅(qū)體和鋰鹽中含量都較高，Ca主要是鋰鹽引入的。磷酸鐵鋰本身Fe是而前驅(qū)體大多用硫酸鹽和氯化物等可溶鹽原料，在沉淀過程中易夾生帶入結(jié)晶。因此，這些標準加強了對SO3-2、Cl-的控制要求。
鋰離子電池安全問題一直是大家關(guān)注的一個焦點，研究發(fā)現(xiàn)，電池及其材料制造過程從設(shè)備或環(huán)境污染直接引入的金屬異物易刺穿隔膜，導(dǎo)致電池爆炸起火。常見設(shè)備大多材質(zhì)為不銹鋼、鍍鋅鋼板等，部分可以通過磁選方式收集。由此，LCO、NCA、OLO等3種材料的相關(guān)標準提出了對磁性異物（主要為Fe、Cr、Ni和Zn等金屬單質(zhì)）的控制，要求達到300ppb（1ppb=1×10-9μg/g）以下。
正極材料的比容量、首次充放電效率和電壓平臺等電化學(xué)性能指標，與其主元素含量、晶體結(jié)構(gòu)、顆粒度大小、充放電電壓、充放電電流大小等密切相關(guān)。基本規(guī)律是Li含量越高，比容量越大?？陀^上講，平臺容量比率這個指標強調(diào)的是放電電壓平臺，各種正極材料差異很大，不如改為平均電壓，或中值電壓更適宜，這樣對保證和提高電池能量密度更有效。
用于電子煙、電動工具、航模、無人機、汽車啟動電源的鋰離子電池，對電池和材料倍率性能需求很高，要求能夠?qū)崿F(xiàn)5C、10C，甚至30C充放電。正極材料的倍率特性與其顆粒度大小、結(jié)晶度、Co含量高低、C包覆量多少等因素相關(guān)。高倍率型鈷酸鋰可以實現(xiàn)10C放電，且10C/1C的倍率達到90%以上。
用于電動車的鋰離子電池，期望能夠?qū)崿F(xiàn)2000次以上循環(huán)壽命。電動車一般都是短途使用，假如按2天充一次電計，2000次的循環(huán)壽命可以支撐純電動車上路近11年。若按Tesla的ModalS攜帶60kW·h電、續(xù)航390km計，每天50km短途使用，1周才充一次電，1000次的循環(huán)壽命就可滿足其19年車齡。智能手機功能日漸強大，除了早期普通手機必備的電話、短信基本功能外，現(xiàn)有又具備了拍照、上網(wǎng)、微信、網(wǎng)購、辦公、游戲等諸多功能，顯示屏越來越大、機身越來越輕薄，對電池的能量密度要求也越來越高，同時循環(huán)壽命要達到500次以上，以支撐手機使用2年以上。正極材料的循環(huán)壽命與其晶體結(jié)構(gòu)、充放電深度、制備工藝等因素相關(guān)。磷酸鐵鋰材料具有穩(wěn)定的橄欖石結(jié)構(gòu)，理論上可以允許結(jié)構(gòu)中的鋰全部脫出，充放電可逆性好，因此表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能。車用鋰離子電池在實際路況條件下，受電池自身及環(huán)境的影響，溫度會升高到50℃以上，因此還需要關(guān)注高溫循環(huán)和高溫存儲性能。錳酸鋰在高溫條件下，易發(fā)生Jahn-Teller效應(yīng)，引發(fā)Mn溶解和晶體結(jié)構(gòu)崩塌.
除了特意引入的摻雜元素，正極材料的雜質(zhì)元素越低越好。雜質(zhì)元素一般是通過原料和生產(chǎn)過程引入的，需要在源頭加以控制。最常見的雜質(zhì)元素是Na、Ca、Fe、Cu，Na在前驅(qū)體和鋰鹽中含量都較高，Ca主要是鋰鹽引入的。磷酸鐵鋰本身Fe是而前驅(qū)體大多用硫酸鹽和氯化物等可溶鹽原料，在沉淀過程中易夾生帶入結(jié)晶。因此，這些標準加強了對SO3-2、Cl-的控制要求。
鋰離子電池安全問題一直是大家關(guān)注的一個焦點，研究發(fā)現(xiàn)，電池及其材料制造過程從設(shè)備或環(huán)境污染直接引入的金屬異物易刺穿隔膜，導(dǎo)致電池爆炸起火。常見設(shè)備大多材質(zhì)為不銹鋼、鍍鋅鋼板等，部分可以通過磁選方式收集。由此，LCO、NCA、OLO等3種材料的相關(guān)標準提出了對磁性異物（主要為Fe、Cr、Ni和Zn等金屬單質(zhì)）的控制，要求達到300ppb（1ppb=1×10-9μg/g）以下。
正極材料的比容量、首次充放電效率和電壓平臺等電化學(xué)性能指標，與其主元素含量、晶體結(jié)構(gòu)、顆粒度大小、充放電電壓、充放電電流大小等密切相關(guān)。基本規(guī)律是Li含量越高，比容量越大?？陀^上講，平臺容量比率這個指標強調(diào)的是放電電壓平臺，各種正極材料差異很大，不如改為平均電壓，或中值電壓更適宜，這樣對保證和提高電池能量密度更有效。
用于電子煙、電動工具、航模、無人機、汽車啟動電源的鋰離子電池，對電池和材料倍率性能需求很高，要求能夠?qū)崿F(xiàn)5C、10C，甚至30C充放電。正極材料的倍率特性與其顆粒度大小、結(jié)晶度、Co含量高低、C包覆量多少等因素相關(guān)。高倍率型鈷酸鋰可以實現(xiàn)10C放電，且10C/1C的倍率達到90%以上。
用于電動車的鋰離子電池，期望能夠?qū)崿F(xiàn)2000次以上循環(huán)壽命。電動車一般都是短途使用，假如按2天充一次電計，2000次的循環(huán)壽命可以支撐純電動車上路近11年。若按Tesla的ModalS攜帶60kW·h電、續(xù)航390km計，每天50km短途使用，1周才充一次電，1000次的循環(huán)壽命就可滿足其19年車齡。智能手機功能日漸強大，除了早期普通手機必備的電話、短信基本功能外，現(xiàn)有又具備了拍照、上網(wǎng)、微信、網(wǎng)購、辦公、游戲等諸多功能，顯示屏越來越大、機身越來越輕薄，對電池的能量密度要求也越來越高，同時循環(huán)壽命要達到500次以上，以支撐手機使用2年以上。正極材料的循環(huán)壽命與其晶體結(jié)構(gòu)、充放電深度、制備工藝等因素相關(guān)。磷酸鐵鋰材料具有穩(wěn)定的橄欖石結(jié)構(gòu)，理論上可以允許結(jié)構(gòu)中的鋰全部脫出，充放電可逆性好，因此表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能。車用鋰離子電池在實際路況條件下，受電池自身及環(huán)境的影響，溫度會升高到50℃以上，因此還需要關(guān)注高溫循環(huán)和高溫存儲性能。錳酸鋰在高溫條件下，易發(fā)生Jahn-Teller效應(yīng)，引發(fā)Mn溶解和晶體結(jié)構(gòu)崩塌.
