如今,汽車行業(yè)正處于高速電氣化的過程中,汽車電池已經(jīng)成為電動汽車中非常重要的一部分,這在相當(dāng)程度上影響并決定了汽車的成本、里程、價(jià)格、穩(wěn)定性和性。
因此,汽車電池的重要性超過了傳統(tǒng)燃油車的發(fā)動機(jī)。選擇哪種電池來確保電動汽車的良好性能已成為一個問題。三元鋰電池是電動汽車電池的主要電池材料之一。
三元鋰電池的優(yōu)勢
Co3+:減少陽離子混合物的占據(jù),穩(wěn)定材料的層狀結(jié)構(gòu),降低阻抗值,提高電導(dǎo)率,改善循環(huán)和效率性能。
Ni2+:可以提高材料的容量(提高材料的體積能量密度),并且由于Li和Ni的半徑相似,過多的Ni會與Li位錯并導(dǎo)致鋰和鎳混合。
鋰層中鎳離子的濃度越大,鋰在層狀結(jié)構(gòu)中越難分解,導(dǎo)致電化學(xué)性能較差。
Mn4+:它不僅可以降低材料成本,還可以提高材料的性和穩(wěn)定性。然而,高M(jìn)n含量將容易出現(xiàn)尖晶石相并破壞層狀結(jié)構(gòu),導(dǎo)致容量降低和循環(huán)衰減。
高能量密度和良好的循環(huán)性能是三元鋰電池的蕞大優(yōu)勢,這也是電池的重要因素。電壓平臺決定電池的基本效率和成本,是電池能量密度的重要指標(biāo)。
電壓平臺越高,比容量越大。因此,相同體積和重量,甚至相同安培小時(shí)的電池,三元鋰電池的電壓平臺越高,其壽命越長。
具體來看,單三元鋰電池的放電電壓平臺高達(dá)3.7V,磷酸鐵鋰為3.2V,鈦酸鋰僅為2.3V,因此從能量密度來看,三元鋰具有優(yōu)勢,是一種綜合性能優(yōu)異的電池。
從理論上講,如果三元鋰和磷酸鐵鋰電池按一定比例串聯(lián)在一起,就可以得到各方面相對均衡的電池。而串聯(lián)后,由于電池系統(tǒng)具有更好的鐵鋰電池的耐熱性,如果熱失控,鐵鋰電池也可以在一定程度上阻斷熱傳導(dǎo)。
然而,尚未生產(chǎn)出此類系列產(chǎn)品,這意味著這種理論上可行的解決方案在實(shí)踐中遇到了巨大且無法解決的問題。
三元鋰離子電池(Lithium-ion Ternary Battery),也稱為鋰離子三元電池,是一種采用三元正極材料的鋰離子電池。它是目前應(yīng)用較廣泛的鋰離子電池類型之一。
三元鋰離子電池由三個主要組件構(gòu)成:
正極材料:常用的三元電池正極材料是由鎳、鈷和錳的化合物形成,比如鋰鎳鈷錳氧化物(LiNiCoMnO2或NMC)。
負(fù)極材料:負(fù)極材料通常是石墨,用于嵌鋰和釋放鋰離子。
電解液:電解液是電池中正負(fù)極之間的導(dǎo)電介質(zhì),通常是由有機(jī)溶劑和鋰鹽組成。