三元鋰離子電池的使用壽命及優(yōu)缺點(diǎn)

什么是三元鋰離子電池?

在自然界中，鋰是原子質(zhì)量最小的最輕的金屬。其相對(duì)原子質(zhì)量為6.94g/mol，=0.53g/cm3。鋰具有化學(xué)活性，容易失去電子被氧化成鋰離子。因此，標(biāo)準(zhǔn)電極電位最負(fù)，為-3.045v，電化學(xué)當(dāng)量最小，為0.26g/Ah。鋰的這些特性決定了它是一種比能非常高的材料。三元鋰離子電池是指以鎳鈷錳三過(guò)渡金屬氧化物為負(fù)極材料的鋰二次電池。充分合成了鈷酸鋰良好的循環(huán)性能、鎳酸鋰的高比容量、錳酸鋰的高安全性和低成本，并通過(guò)分子水平的混合、摻雜、包覆和表面改性合成了復(fù)合嵌入式氧化鋰。它是目前廣泛研究和應(yīng)用的一種鋰離子充電電池。

三元鋰離子電池壽命

所謂鋰離子電池壽命，是指電池在使用一段時(shí)間后，電池的容量衰減到公稱容量(室溫25℃，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，放電容量為0.2℃)的70%，就可以認(rèn)為是電池壽命的結(jié)束。在行業(yè)中，循環(huán)壽命一般是由鋰離子電池充滿電的循環(huán)次數(shù)來(lái)計(jì)算的。在使用的過(guò)程中,鋰離子電池內(nèi)部會(huì)發(fā)生不可逆的電化學(xué)反應(yīng),導(dǎo)致容量的減少,如電解液的分解,活動(dòng)材料的失活和陽(yáng)極和陰極結(jié)構(gòu)的崩潰,導(dǎo)致減少鋰離子嵌入和unembedded的數(shù)量。實(shí)驗(yàn)表明，更高的功率放電導(dǎo)致更快的容量衰減。假如放電電流低，電池電壓將接近平衡電壓，釋放更多的能量。

三元鋰離子電池的理論壽命約為800次，這使得它成為商用可充電鋰離子電池的介質(zhì)。磷酸鐵鋰大約有2000個(gè)循環(huán)，而鈦酸鋰據(jù)說(shuō)可以達(dá)到10000個(gè)循環(huán)。目前，主流的電池制造商在他們的三元電池規(guī)格中承諾超過(guò)500次(在標(biāo)準(zhǔn)條件下充放電)。然而，電池組裝成電池組后，重要原因是電壓和內(nèi)阻不能完全相同，循環(huán)壽命約為400倍。廠家建議SOC使用窗口為10%-90%，不建議進(jìn)行深度充放電，否則會(huì)對(duì)電池的正負(fù)結(jié)構(gòu)造成不可逆的損傷。假如采用淺充淺放的計(jì)算方法，其循環(huán)壽命至少為1000倍。此外，假如在高功率和高溫下持續(xù)放電，鋰離子電池的電池壽命可以下降到200次以下。

三元鋰離子電池的優(yōu)缺點(diǎn)

三元鋰離子電池是一種容量平衡、安全可靠、綜合性能優(yōu)異的電池。三種金屬元素的重要功能、優(yōu)缺點(diǎn)如下:

Co3+:減少陽(yáng)離子混合空間的占用，穩(wěn)定材料的層狀結(jié)構(gòu)，降低阻抗值，提高導(dǎo)電性，改善循環(huán)和倍增器性能。

Ni2+:材料的容量可以新增(材料的體能密度可以新增)。但是，由于鋰和鎳的半徑相似，過(guò)多的鎳也會(huì)導(dǎo)致鋰和鎳的錯(cuò)位。

Mn4+:不僅可以降低材料成本，還可以提高材料的安全性和穩(wěn)定性。但是，假如Mn含量過(guò)高，尖晶石相很容易出現(xiàn)，破壞層狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致電容降低，循環(huán)衰減。

高能量密度的最大優(yōu)勢(shì)是三元鋰離子電池,該平臺(tái)是一個(gè)電池能量密度和電壓的重要指標(biāo),決定了電池的基本性能和成本,更高的電壓平臺(tái),具體的容量越大,所以相同的體積,重量,甚至相同的安培小時(shí)電池,高電壓平臺(tái)三元材料鋰離子電池壽命更長(zhǎng)。單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，三元鋰離子電池相關(guān)于磷酸鐵鋰、錳酸鋰或鈦酸鋰具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。