管式炉

联系我们

地 址:江苏 宜兴市
电 话:0510-87195028
传 真:0510-87802275
邮 箱:yxbsdly@163.com

推荐产品

行业新闻

您现在的位置:首页 > 新闻中心 > 行业新闻
说说几种锂电池材料特性(钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂、钛酸锂)
作者:BSD 发布于:2019-5-23 16:38:21 点击量:

我们常常会说到三元锂电池或者铁锂电池,这些都是按照正极活性材料来给锂电池命名的。本文汇总六种常见锂电池类型以及它们的主要性能参数。大家都知道,相同技术路线的电芯,其具体参数并不完全相同,本文所显示的是当前参数的一般水平。六种锂电池具体包括:钴酸锂(LiCoO2)、锰酸锂(LiMn2O4)、镍钴锰酸锂(LiNiMnCoO2或NMC)、镍钴铝酸锂(LiNiCoAlO2或称NCA)、磷酸铁锂(LiFePO4)和钛酸锂(Li4Ti5O12)。

  钴酸锂(LiCoO2)其高比能量使钴酸锂成为手机,笔记本电脑和数码相机的热门选择。电池由氧化钴阴极和石墨碳阳极组成。阴极具有分层结构,在放电期间,锂离子从阳极移动到阴极,充电过程则流动方向相反。阴极具有分层结构。在放电期间,锂离子从阳极移动到阴极; 充电时流量从阴极流向阳极钴酸锂的缺点是寿命相对较短,热稳定性低和负载能力有限(比功率)。像其他钴混合锂离子电池一样,钴酸锂采用石墨阳极,其循环寿命主要受到固体电解质界面(SEI)的限制,主要表现在SEI膜的逐渐增厚,和快速充电或者低温充电过程的阳极镀锂问题。较新的材料体系增加了镍,锰和/或铝以提高寿命,负载能力和降低成本。钴酸锂不应以高于容量的电流进行充电和放电。这意味着具有2,400mAh的18650电池只能以小于等于2,400mA充电和放电。强制快速充电或施加高于2400mA的负载会导致过热和超负荷的应力。为获得最佳快速充电,制造商建议充电倍率为0.8C或约2,000mA。电池保护电路将能量单元的充电和放电速率限制在约1C的安全水平。

  锰酸锂(LiMn2O4) 尖晶石锰酸锂电池首次发表于1983年的材料研究报告中。1996年,Moli能源公司将锰酸锂为阴极材料的锂离子电池商业化。该架构形成三维尖晶石结构,可改善电极上的离子流动,从而降低内部电阻并改善电流承载能力。尖晶石的另一个优点是热稳定性高,安全性提高,但循环和日历寿命有限。低电池内阻可实现快速充电和大电流放电。18650型电芯,锰酸锂电池可以在20-30A的电流下放电,并具有适度的热量积累。也可以施加高达50A1秒负载脉冲。在此电流下持续的高负荷会导致热量积聚,电池温度不能超过80°C(176°F)。锰酸锂用于电动工具,医疗器械,以及混合动力和纯电动汽车。锰酸锂的容量大约比钴酸锂低三分之一。设计灵活性使工程师能够选择最大限度地延长电池的使用寿命,或者提高最大负载电流(比功率)或容量(比能)。例如,18650电池的长寿命版本只有1,100mAh的适中容量; 高容量版本则达到1,500mAh。

  大多数锰酸锂与锂镍锰钴氧化物(NMC)混合,以提高比能量并延长寿命。这种组合带来了每个系统的最佳性能,而大多数电动汽车,如日产Leaf,雪佛兰Volt和宝马i3都选用了LMO(NMC)。电池的LMO部分可以达到30%左右,可以在加速时提供较高的电流; NMC部分提供了很长的续航里程。锂离子电池研究倾向于将锰酸锂与钴,镍,锰和/或铝组合作为活性阴极材料。在一些架构中,少量硅被添加到阳极。这提供了25%的容量提升; 然而,硅随着充放电膨胀和收缩,从而引起机械应力,容量提升通常与短的循环寿命紧密联系。可以方便地选择这三种活性金属以及硅增强来提高比能(容量),比功率(负载能力)或寿命。消费电池需要大容量,而工业应用需要电池系统,具有良好的负载能力,寿命长,并提供安全可靠的服务。

  镍钴锰酸锂(LiNiMnCoO2或NMC)最成功的锂离子体系之一是镍锰钴(NMC)的阴极组合。与锰酸锂类似,这个体系可以定制用作能量电池或功率电池。例如,中等负载条件下的18650电池中的NMC具有约2,800mAh的容量并且可以提供4A至5A放电电流; 同一类型的NMC在针对特定功率进行优化时,容量仅为2,000mAh,但可提供20A的连续放电电流。硅基阳极将达到4000mAh以上,但负载能力降低,循环寿命缩短。添加到石墨中的硅具有缺陷,即阳极随着充电和放电而膨胀和收缩,使得电池机械应力大结构不稳定。NMC的秘密在于镍和锰的结合。与此类似的是食盐,其中主要成分钠和氯化物本身是有毒的,但将它们混合起来作为调味盐和食品保存剂。镍以其高比能量而闻名,但稳定性差;锰尖晶石结构可以实现低内阻但比能量低。两种活性金属优势互补。NMC是电动工具,电动自行车和其他电动动力系统的首选电池。阴极组合通常是三分之一镍,三分之一锰和三分之一钴,也被称为1-1-1。这提供了一种独特的混合物,由于钴含量降低,也降低了原材料成本。另一个成功的组合是NCM,其中含有5份镍,3份钴和2份锰(5-3-2)。也可以使用其他不同量的阴极材料组合。由于钴的高成本,电池制造商从钴系转向镍阴极。镍基系统比钴基电池具有更高的能量密度,更低的成本和更长的循环寿命,但是它们的电压略低。

  磷酸铁锂(LiFePO 4)1996年,德克萨斯大学发现磷酸盐可作为再充电锂电池的阴极材料。磷酸锂具有良好的电化学性能和低电阻。这是通过纳米级磷酸盐阴极材料实现的。主要优点是高额定电流和长循环寿命;良好的热稳定性,增强了安全性和对滥用的容忍度。如果长时间保持在高电压下,磷酸锂对全部充电条件的耐受性更强,并且比其他锂离子系统的应力更小。缺点是,较低的3.2V电池标称电压使得比能量低于钴掺杂锂离子电池。对于大多数电池来说,低温会降低性能,升高储存温度会缩短使用寿命,磷酸锂也不例外。磷酸锂具有比其他锂离子电池更高的自放电,这可能会引起老化进而带来均衡问题,虽然可以通过选用高质量的电池或使用先进的电池管理系统来弥补,但这两种方式都增加了电池组的成本。电池寿命对制造过程中的杂质非常敏感,不能承受水分的掺杂,由于水分杂质的存在有些电池最短寿命只有50个循环。图9总结了磷酸锂的属性。常用磷酸锂代替铅酸起动蓄电池。四个串联电池产生12.80V,与六个2V铅酸电池串联的电压相似。车辆将铅酸充电至14.40V(2.40V/电池)并保持浮充状态。浮充的用意在于保持完全充电水平并防止铅酸电池硫酸化。

  镍钴铝酸锂(LiNiCoAlO2或称NCA)镍钴铝酸锂电池或NCA自1999年以后被应用。它具有较高的比能量,相当好的比功率和长的使用寿命与NMC有相似之处。不太讨人喜欢的是安全性和成本。

  钛酸锂(Li4Ti5O12)自二十世纪八十年代以来,钛酸锂阳极的电池已为人所知。钛酸锂代替典型锂离子电池阳极中的石墨,并且材料形成尖晶石结构。阴极可以是锰酸锂或NMC。钛酸锂的标称电池电压为2.40V,可以快速充电,并提供10C的高放电电流。据说循环次数高于常规锂离子电池的循环次数。钛酸锂是安全的,具有出色的低温放电特性,在-30°C(-22°F)时可获得80%的容量。LTO(通常是Li4Ti5O12)零应变,没有SEI膜形成和在快速充电和低温充电时无锂电镀现象,因而具有优于传统的钴掺混的Li-离子与石墨阳极的充放电性能。高温下的热稳定性也比其他锂离子体系好; 然而,电池价格昂贵。比能量低,只有65Wh/kg,与NiCd相当。钛酸锂充电至2.80V,放电结束时为1.80V。图13显示了钛酸锂电池的特性。典型用途是电动动力传动系统,UPS和太阳能路灯。NCA享有最高的比能量; 然而,锰酸锂和磷酸铁锂在比功率和热稳定性方面优越。钛酸锂具有最好的使用寿命。

宜兴市邦世达炉业有限公司专业生产锂电池材料烧结回转炉,回转窑,真空气氛炉,锂电池材料烧结推板窑,隧道窑,欢迎来电咨询!联系电话18888033558吴经理





上一篇:电阻炉操作加热时的准备事项

下一篇:三元材料,前驱体材料烧结烘干关键设备-回转炉、推板窑