经常听大家谈到锂电池,电动汽车、电动摩托车、手机、电脑等各种电子科技类产品不能离开它。特意整理了一些资料供大家参考。
广义上的锂电池包括:锂金属电池和锂离子电池,我们大家常常谈到的是锂离子电池。最早的锂电池是爱迪生发明的,由锂金属或锂合金为负极材料,使用非水电解质溶液的电池,其工作原理为一种Li+MnO2=LiMnO2的氧化还原反应。
锂金属电池常采用二氧化锰MnO2作为正极材料,采用金属锂Li或其合金为负极材料,使用非水电解质溶液的电池。其放电反应的化学方程式为Li+MnO2=LiMnO2。
锂离子电池常采用锂合金的金属氧化物作为正极材料,采用石墨作为负极材料,使用非水电解质溶液的电池。其充电时正极的化学方程式为LiCoO2==Li(1-x)CoO2+XLi++Xe-(电子),负极的化学方程式为6C+XLi++Xe- = LixC6,充电时电池总反应为LiCoO2+6C = Li(1-x)CoO2+LixC6。
锂离子电池就应用广泛多了,目前的锂离子正极材料主要有磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂等。
目前电动汽车动力电池有以比亚迪为代表的磷酸铁锂电池,和其他电动汽车厂家,例如特斯拉、小鹏、蔚来等多以三元锂电池为主(宁德时代三元锂电池做得比较多)。三元锂电池,即以锰、钴、镍三种元素一定摩尔比组合而成的三元复合正极材料,目前市场主流三元材料有111型和523型(以镍钴锰摩尔比例为序)。
之所以成为主流是因为在三元材料中,镍是主流的电化学性能且耐电压性能很低;钴主要用来降低材料电化学极化和提高倍率极性,通过调整不同元素的占比,改变电化学特性和稳定能力。一般认为接近1:1:1的比例是兼顾电化学活性而突出稳定性的最佳比例,接近5:2:3的比例则更好的考虑了稳定性能,又突出电化学性能。所以,111型适合于动力产品,而523型适用于电子产品。
优点:是不含钴等贵重元素,原料价格低且磷、铁存在于地球的资源含量丰富,不会有供料问题。其工作电压适中(3.2V)、单位重量下电容量大(170mAh/g)、高放电功率、可快充且循环寿命长,在高温与高热环境下的稳定性高。
缺点:振实密度与压实密度很低,导致锂离子电池的单位体积内的包含的能量较低;材料的制备成本与电池的制造成本比较高,电池成品率低,一致性差;
三元锂电池:正极材料使用镍钴锰酸锂(Li(NiCoMn)O2)三元正极材料的锂电池。
优点:三元锂电池单位体积内的包含的能量高,循环性能好于正常钴酸锂。目前,随着配方的一直在改进和结构完善,电池的标称电压已达到3.7V,在容量上已达到或超过钴酸锂电池水平。
缺点:三元材料动力锂电池主要有镍钴铝酸锂电池、镍钴锰酸锂电池等,由于镍钴铝的高温结构不稳定,导致高温安全性差,且pH值过高易使单体胀气,进而引发危险,目前造价较高。