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三元材料是在锂离子电池材料技术发展过程中出现的新型锂电池正极材料,由于具有一些相对优势,锂离子电池三元材料在市场应用上展现出广阔的前景。钴酸锂的优点明显,但钴金属的价格高昂,锰酸锂的优点是倍率性能好,成本低,但耐高温性能和循环性能不佳,锂离子电池三元材料则是综合二者的优点,力求在成本和性能方面达到高的性价比。

三元锂离子电池到底是哪三元?三元锂离子电池的“三元”指的是包含镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)或铝(Al)三种金属元素的聚合物,在三元锂离子电池中做正极。三者缺一不可,在电池内部发挥的用途。

钴,元素符号Co,原子序数27,原子量58.9332,密排六方晶体,在周期表中位于第4周期、第Ⅷ族,常见化合价为+2、+3。钴是具有光泽的钢灰色金属,比较硬而脆,有铁磁性,加热到1150℃时磁性消失。在常温下不和水作用,在空气中加热至300℃以上时氧化生成CoO,在白热时燃烧成Co3O4。

铁和镍一样,钴是铁磁性的,虽然铁在铁磁性元素中具有高的磁化强度,而钴却是可以增大此磁化强度的元素,纯铁的磁化强度为21500Gs,而组成为65%Fe、35%Co的合金其磁化强度却可高达到24·300Gs。钴的更的磁性已知高的居里点1121℃,已发展出多种多样的特种的钴钢和钴合金材料。

制造电池设备是钴重要的用途,使用量占到全部钴使用量的40%。钴主要用来制作锂离子电池的钴酸锂,镍氢电池的氧化亚钴等。含钴材料是稳定的锂电池正极材料,是电池的核心之一,具有能量密度高和环保安全性高的特点。三元锂电池是指使用镍钴锰或者镍钴铝酸盐等三元材料为电池正极的锂电池。相对于传统锂电池,三元锂电池具有综合性能和低成本的双重优势。

锂离子电池是用锂作负极活性物质的化学电池。锂的标准电极电位负,在金属中比重轻,反应活泼性高,因而锂电池的电动势和比能量很高,是一种重要的高能电池。 锂电池的正极活性物质有氧化物、硫化物、卤化物、卤素、含氧酸盐等无机电极材料,如二氧化锰、二氧化硫、硫化铜、铬酸银、聚氟化碳、亚硫酰氯、碘等;也可以电子导电聚合物作正极材料,如聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚咔唑等,又称为聚合物电池。锂电池的电解质为非水溶液、固体和熔融盐。非水溶液电解质由有机溶剂或非水无机 溶剂加入无机盐组成,采用的有机溶剂主要有碳酸丙烯酯、二甲基丙酰胺、乙腈、γ-丁内酯等;非水无机溶剂有亚硫酰氯、液体二氧化硫等。无机盐有高氯酸锂、氯化铝锂、氟硼酸锂、溴化锂等。因锂和水接触立即发生激烈反应, 所以不仅电解质不能采用水溶液,而且全部材料和零部件均需严格脱水,并可靠密封。锂离子电池作为一种集高能量密度和高电压为一体的储能装置,已广泛应用于移动和无线电子设备、电动工具、混合动力和电动交通工具等领域。

锂电池寿命是指电池在使用过一段时间后,容量衰减为标称容量(室温25℃,标准大气压,且以0.2C放电的电池容量)的70%,即可认为电池寿命终止。行业内一般以锂电池满充满放的循环次数来计算循环寿命。在使用的过程中,锂电池内部会发生不可逆的电化学反应导致容量下降,比如电解液的分解,活性材料的失活,正负极结构的坍塌导致锂离子嵌入和脱嵌的数量减少等等。实验标明,更高倍率的放电会导致容量更快的衰减,如果放电电流较低,电池电压会接近平衡电压,能释放出更多的能量。按照目元锂电池的技术水平,如果使用恰当,在电动车上至少可以使用5年。如果使用不当,锂电池寿命就会衰减2-3年。

三元锂电池是锂电池的一种,但这种电池的正极是由三元材料制成的。三元材料分别指镍、钴和锰。一些三元锂电池的阳极将由镍、钴和铝制成。三元锂电池是一种性能相当不错的电池,大部分纯电动汽车基本都会使用这种电池。三元锂电池重量相当轻,能量密度相对较高。这样的电池非常好。

从材料来看,三元锂电池的“三元”指的是包含镍Ni、钴、锰或铝三种金属元素的聚合物,在三元锂电池中做正极。三者缺一不可,这其中每个元素都发挥着重要作用,同时每个元素的特点也制约着电池性能。从结构上来讲,三元锂电池的能量密度高、充放电。同时其也有不耐高温的特性,因此,安全性较差和循环寿命较短是三元锂电池的主要短板,尤其是安全性能,是一直限制其大规模配组,和大规模集成应用的一个主要因素。大量实测表明,容量较大的三元电池很难通过针刺和过充等安全性测试,这也是大容量电池中一般都要多引入锰元素,甚至混合锰酸锂一起使用的原因。

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