三元?jiǎng)恿︿囯姵赜l(fā)強(qiáng)勢(shì)原因
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2020-03-23 14:42
點(diǎn)擊量：次
三向動(dòng)力鋰電池日益強(qiáng)勁的原因顯露出來(lái)
眾所周知，近年來(lái)，以三元材料為正極材料的動(dòng)力鋰電池憑借其高容量、良好的循環(huán)穩(wěn)定性、適中的成本等重要優(yōu)勢(shì)，在動(dòng)力電池行業(yè)中逐漸占據(jù)越來(lái)越重要的地位。
在新能源轎車(chē)中，三元鋰電池的份額已超過(guò)磷酸鐵鋰電池成為一大亮點(diǎn)，包括吉利、奇瑞、長(zhǎng)安、眾泰、中國(guó)等國(guó)內(nèi)各大主流汽車(chē)公司都紛紛推出使用三元?jiǎng)恿﹄姵氐男履茉窜?chē)型。如北汽EV系列、奇瑞eQ、arezer 3EV、江淮iEV4、眾泰云100、吉利帝豪EV等。畢竟，是什么讓三元電池更強(qiáng)大呢?
根據(jù)之前的一篇文章，“握住你的手學(xué)習(xí)鋰離子電池”，鋰離子電池的功能取決于它的陽(yáng)極材料，也通常以它的名字命名。市場(chǎng)上提到的三元材料電池主要是指以鎳、鈷、錳為正極材料的鋰離子電池。
1. 鎳鈷錳三元陽(yáng)極材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
NMC三元材料一般可以表示為:LiNixCoyMnzO2，其中x+y+z=1。
根據(jù)三種元素的摩爾比(x∶y∶z)的不同，它們被稱(chēng)為不同的體系。摩爾比為5∶2∶3的體系稱(chēng)為523體系。
鎳、鈷、錳三元猜測(cè)，三種元素的主要價(jià)態(tài)為+2、+3和+4，鎳為主要活性元素。充電過(guò)程中的反應(yīng)和電荷轉(zhuǎn)移如下:
正反應(yīng):LiMO2—→Li1-xMO2 + xLi+ + xe-
負(fù)反應(yīng):n C + x Li+ + x e- -→LixCn
電池總反應(yīng):LiMO2 + n C—→li1-xmo2 + LixCn
一般來(lái)說(shuō)，活性金屬組分含量越高，材料的承載能力越大。但當(dāng)Ni含量過(guò)高時(shí)，會(huì)使Ni2+占據(jù)Li+位置，加重陽(yáng)離子混合，導(dǎo)致容量下降。Co也是一種活性金屬，但它可以抑制陽(yáng)離子的混合，進(jìn)而穩(wěn)定材料的層狀結(jié)構(gòu)。錳不參與電化學(xué)反應(yīng)，能提供安全穩(wěn)定，同時(shí)降低成本。
2. 不同系統(tǒng)的NMC三元鋰離子電池的特性
目前市場(chǎng)上有許多鎳鈷錳三元系電池，如523,111,811系等。圖2可以幫助我們直觀地理解每個(gè)系統(tǒng)的特征和差異。
作為汽車(chē)動(dòng)力電池，市場(chǎng)對(duì)其能量密度的要求越來(lái)越嚴(yán)格。然而，魚(yú)與熊掌不可兼得。從圖2可以看出，為了得到一個(gè)高能量密度的安全穩(wěn)定的動(dòng)力電池，需要在三元組中加入鎳和鈷的比例。伴隨而來(lái)的是Ni鮮明的安全風(fēng)險(xiǎn)特征和Co資源缺乏所帶來(lái)的資金補(bǔ)充。
對(duì)鎳鈷錳三元電池的各個(gè)系統(tǒng)也作了簡(jiǎn)要的介紹。
2.1 LiNi0.5 Co0.2 Mn0.302
523型三元材料是目前用量最大的三元材料，由于其比容量和熱穩(wěn)定性高，且工藝的先進(jìn)性和穩(wěn)定性不斷提高，市場(chǎng)份額迅速擴(kuò)大。523型三元材料追求體積大、比容量大(壓實(shí)密度大)，兼顧循環(huán)功能、倍增器功能、熱穩(wěn)定性、自放電等平衡，作為動(dòng)力電池，可大大提高電動(dòng)工具的耐久能力。
2.2 LiNi1/3 co1/3 mn1/302
111型三元材料具有能量、倍增器、循環(huán)性和安全性能等優(yōu)點(diǎn)。但是111型材料的低一次充放電功率和鋰層中陽(yáng)離子的混合排影響了材料的穩(wěn)定性，放電電壓平臺(tái)較低。目前，lini1/3co1/3mn1/302材料在高溫高壓下的振動(dòng)密度、循環(huán)穩(wěn)定性和乘子函數(shù)已經(jīng)成為該材料的研究熱點(diǎn)。111型三元材料動(dòng)力電池具有比容量高、循環(huán)性、多樣性、低溫放電、充電持久性、安全性能等特點(diǎn)，能夠滿足電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)對(duì)動(dòng)力電池的要求。
