鉅大LARGE | 點擊量:474次 | 2023年06月30日
三元鋰離子電池有什么好?為何市場都在使用三元鋰?
電池的容量決定了巡航里程、充電時間這些用戶體驗最重要的部分。當(dāng)然,從汽車這個工業(yè)產(chǎn)品角度看,決定動力鋰電池的維度又要多好幾個,比如安全性、能量密度、單體標稱電壓、使用壽命、應(yīng)用成本、低溫衰減能力等等,在這方面國際與國內(nèi)都有嚴格的標準,能夠上市銷售的車型肯定首先要達標。
相信很多關(guān)注電動汽車的朋友關(guān)于三元鋰離子電池不會陌生,大名鼎鼎的特斯拉采用的就是這種電池。而國內(nèi)的電池巨頭比亞迪在過去很長一段時間內(nèi)一直采用的是磷酸鐵鋰離子電池,在今年下半年則宣布也將重點發(fā)展三元鋰離子電池。那么,到底什么是三元鋰離子電池?它為何會突然成為動力鋰電池的寵兒呢?
三元聚合物鋰離子電池是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰(Li(NiCoMn)O2)三元正極材料的鋰離子電池,三元復(fù)合正極材料前驅(qū)體產(chǎn)品,是以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料,里面鎳鈷錳的比例可以根據(jù)實際要調(diào)整。
安全性是重中之重
三元鋰離子電池的特點是能量密度大,電壓更高,所以同樣重量的電池組電池容量更大,車子跑的距離也就更遠,速度也能更快。但是其弱點在于穩(wěn)點性較差,假如內(nèi)部短路或是正極材料遇水,都會有明火出現(xiàn)。所以一般18650電池都會有一層鋼殼保護,由于特斯拉的電池組是由7000塊左右的18650電池組合而成,所以,雖然特斯拉給電池組進行了全方位的保護,但是在極端的碰撞事故中,起火隱患還是有的。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
之所以這樣,原因是兩種材料在到達一定溫度時發(fā)生分解,三元鋰材料會在更低的200度左右發(fā)生分解,而磷酸鐵鋰材料是在800度左右。并且三元鋰材料的化學(xué)反映更加劇烈,會釋放氧分子,在高溫用途下電解液迅速燃燒,發(fā)生連鎖反應(yīng)。說簡單點,就是三元鋰材料比磷酸鐵鋰材料更容易著火。不過要注意的是,我們提到的是材料,而不是已經(jīng)成為成品的電池。一般而言我們常說的三元材料重要指的是NMC材料,也包含NCA材料,層狀材料的容量發(fā)揮受到其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響,由于Ni3+的化學(xué)穩(wěn)定性要比Co元素更好,因此在充電的過程中NMC材料也就能脫出更多的Li,使得材料的容量由較大的提升。
反過來,層狀氧化物正極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性還受到脫Li數(shù)量的影響,過量的脫Li可能會導(dǎo)致材料的層狀結(jié)構(gòu)坍塌,因此為了保證NMC材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要對材料的充電截止電壓進行限制,保證材料的長期的循環(huán)穩(wěn)定性。
德國明斯特大學(xué)的JohannesKasnatscheew等人對NCM111和NCM532(兩款材料來自BMW集團)、NCM622和NCA(兩款材料來自Customcell)、NCM811(來自杉杉科技)材料的充電制度對其循環(huán)壽命和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響進行了研究。
充電截止電壓的影響
NMC材料的脫鋰數(shù)量與充電截止電壓成正比,也就是說充電截止電壓越高NMC材料的脫鋰量也就越大,相應(yīng)地材料的結(jié)構(gòu)也就越不穩(wěn)定。下圖為NCM811材料在不同的充電截止電壓下,循環(huán)性能曲線,可以看到提高截止電壓后,材料容量發(fā)揮明顯提高了,但是隨之而來的是材料衰降速度的加速。
比較不同截止電壓下的循環(huán)數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn),4.6V截止電壓時雖然在第五次放電時比容量最高,但是在循環(huán)53次后,其容量快速下降,低于4.5V和4.4V截止電壓下NMC111的容量。這表明一味的的提高充電截止電壓,雖然會使的材料的容量獲得較大的提升,但卻會使的材料的循環(huán)穩(wěn)定性發(fā)生明顯的下降,因此要根據(jù)電池的設(shè)計壽命合理選擇充電截止電壓。
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