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      什么是鎳鈷錳鎳鈷鋁三元鋰離子電池?

      2021-11-04 10:03:32

             隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)的廣泛普及,許多朋友一直在問(wèn)有關(guān)動(dòng)力鋰電池的問(wèn)題。作為一個(gè)冒險家,休克可以忽略其他人,但他最關(guān)注的是他的冒險設備的可靠性。今天,我邀請了一位好朋友來(lái)談?wù)剟?dòng)力鋰電池。大家好,我是動(dòng)力鋰電池家族的明星成員,小錳,也就是鎳鈷錳三元鋰離子電池(NCM)。我們動(dòng)力鋰電池家族的歷史可以追溯到1837年。當時(shí),蘇格蘭的羅伯特·安德森(Robert Anderson)在四輪馬車(chē)上安裝了電池和馬達,并成功地將其改造成世界上第一輛電動(dòng)汽車(chē)。那么為什么電動(dòng)汽車(chē)出現得這么晚?這一點(diǎn)很重要,因為電池壽命、充電時(shí)間和安全性等關(guān)鍵問(wèn)題。


             三元鋰離子電池之所以被成為三元鋰離子電池,就是因為其正極材料采用了蘊含鎳、鈷、錳(或鋁)三種金屬元素的三元聚合物。三元鋰離子電池中三元指的是蘊含鎳(Ni)、鈷(Co)、錳(Mn)或鋁(Al)三種金屬元素的聚合物,在三元鋰離子電池中做正極;鋰指的是電解質(zhì)重要為六氟磷酸鋰的電解液,而負極材料一般為石墨。


             三元鋰離子電池在容量與安全性方面比較均衡,是一款綜合性能優(yōu)異的電池。三種金屬元素的重要用途和優(yōu)勢如下:


             Co3+:減少陽(yáng)離子混合占位,穩定材料的層狀結構,降低阻抗值,提高電導率,提高循環(huán)和效率性能。


             Ni2+:可提高材料的容量(提高材料的體積能量密度),而由于Li和Ni相近的半徑,過(guò)多的Ni也會(huì )因為與Li發(fā)生位錯現象導致鋰鎳混排,鋰層中鎳離子濃度越大,鋰在層狀結構中的脫嵌越難,導致電化學(xué)性能變差。


             Mn4+:不僅可以降低材料成本,而且還可以提高材料的安全性和穩定性。但過(guò)高的Mn含量會(huì )容易出現尖晶石相而破壞層狀結構,使容量降低,循環(huán)衰減。


             眾所周知,三元材料中的鎳含量越高,材料的穩定性越差,安全性越差。目前,雖然業(yè)內發(fā)展高鎳三元鋰離子電池材料的“調子”已定,為了在保持其高比能量的同時(shí),兼顧循環(huán)壽命和安全性,國內材料和電池公司可謂是苦心造詣,其安全問(wèn)題仍在繼續處理中。


             業(yè)內專(zhuān)家表示,三元高鎳材料的安全性可以通過(guò)材料改性?xún)?yōu)化、表面包覆、調整電解液和負極材料等方式來(lái)逐步處理。


             材料改性方面,在三元材料晶格中摻雜一些金屬離子和非金屬離子,可以提高電子電導率和離子電導率,提高電池的輸出功率密度,同時(shí)可以提高三元材料結構的穩定性。


             能量密度高是三元鋰離子電池的最大優(yōu)點(diǎn),而電壓平臺是電池能量密度的緊要指標,決定著(zhù)電池的基本效能和成本,電壓平臺越高,比容量越大,所以同樣體積、重量,甚至同樣安時(shí)的電池,電壓平臺比較高的三元材料鋰離子電池續航時(shí)間更長(cháng)。


             在三元鋰離子電池的正極材料中,鎳、鈷、錳(或鋁)這三種金屬元素缺一不可,多一個(gè)或者少一個(gè)都會(huì )影響其最終的表現或做不成電池。三元鋰離子電池能量密度高,循環(huán)性能好于正常鈷酸鋰。目前,隨著(zhù)配方的不斷改進(jìn)和結構完善,電池的標稱(chēng)電壓已達到3.7V,在容量上已經(jīng)達到或超過(guò)鈷酸鋰離子電池水平。


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