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目錄：電池技術發布時間：2019-08-09 18:30:37點擊率：
金年會 - jinnianhui.com常常會說到三元鋰電池或者鐵鋰電池，這些都是按照正極活性材料來給鋰電池命名 的。本文匯總六種常見鋰電池類型以及它們的主要性能參數。大家都知道，相同技術路線 的電芯，其具體參數并不完全相同，本文所顯示的是當前參數的一般水平。六種鋰電池具 體 包 括 ： 鈷 酸 鋰 （ LiCoO2 ） ， 錳 酸 鋰 （ LiMn2O4 ） ， 鎳 鈷 錳 酸 鋰 （ LiNiMnCoO2 或 NMC ） ， 鎳 鈷 鋁 酸 鋰 （ LiNiCoAlO2 或 稱 NCA ） ， 磷 酸 鐵 鋰 （ LiFePO4 ） ， 鈦 酸 鋰
（Li4Ti5O12）。
下面大家都一起來和東莞市jinnianhui金年會首頁電子一起，學習一下常見六種鋰電池特性及參數對比
一：鈷酸鋰（LiCoO 2）
其高比能量使鈷酸鋰成為手機， 筆記本電腦和數碼相機的熱門選擇。 電池由氧化鈷陰極和石 墨碳陽極組成。 陰極具有分層結構， 在放電期間， 鋰離子從陽極移動到陰極， 充電過程則流動方向相反。結構形式如下圖所示。
陰極具有分層結構。 在放電期間， 鋰離子從陽極移動到陰極; 充電時流量從陰極流向陽 極。
鈷酸鋰的缺點是壽命相對較短， 熱穩定性低和負載能力有限（ 比功率）。 像其他鈷混合鋰離子 電 池 一 樣 ， 鈷 酸 鋰 采 用 石 墨 陽 極 ， 其 循 環 壽 命 主 要 受 到 固 體 電 解 質 界 面 （ SEI） 的 限 制 ， 主 要 表 現 在 SEI膜 的 逐 漸 增 厚 ， 和 快 速 充 電 或 者 低 溫 充 電 過 程 的 陽 極 鍍 鋰 問 題 。 較 新 的 材 料 體系增加了鎳， 錳和/ 或鋁以提高壽命， 負載能力和降低成本。
鈷 酸 鋰 不 應 以 高 于 容 量 的 電 流 進 行 充 電 和 放 電 。 這 意 味 著 具 有 2, 400m Ah的 18650 電 池 只 能 以小于等于 2, 400m A充電和放電。 強制快速充電或施加高于 2400m A的負載會導致過熱和超 負荷的應力。 為獲得最佳快速充電， 制造商建議充電倍率為 0. 8C或約 2, 000m A。 電池保護電 路將能量單元的充電和放電速率限制在約 1C的安全水平。
六 角 蜘 蛛 圖 （ 圖 2 ） 總 結 了 與 運 行 相 關 的 具 體 能 量 或 容 量 方 面 的 鈷 酸 鋰 性 能 ； 具 體 功 率 或 提
供大電流的能力； 安全； 在高低溫環境下的性能表現； 壽命包括日歷壽命和循環壽命； 成
本特性。 蜘蛛圖中沒有顯示的其他重要特征還包括毒性， 快速充電能力， 自放電和保質期。
由于鈷的高成本以及通過與其他活性陰極材料混合材料帶來的明顯性能改善， 鈷酸鋰正在逐 步被錳酸鋰替代， 尤其是NMC和NCA。（ 請參閱下面對NMC和NCA的描述。）
鈷酸鋰在高比能量方面表現出色， 但在功率特性、 安全性和循環壽命方面只能提供一般的 性能表現
匯總表
尖晶石錳酸鋰電池首次發表于 1983年的材料研究報告中。 1996年， Moli能源公司將錳酸鋰為 陰極材料的鋰離子電池商業化。 該架構形成三維尖晶石結構， 可改善電極上的離子流動， 從 而降低內部電阻并改善電流承載能力。 尖晶石的另一個優點是熱穩定性高， 安全性提高， 但 循環和日歷壽命有限。
低電池內阻可實現快速充電和大電流放電。 18650型電芯， 錳酸鋰電池可以在 20- 30A的電流 下放電， 并具有適度的熱量積累。 也可以施加高達 50A1秒負載脈沖。 在此電流下持續的高負 荷會導致熱量積聚， 電池溫度不能超過 80° C（ 176° F）。 錳酸鋰用于電動工具， 醫療器械， 以及混合動力和純電動汽車。
圖 4 說 明 在 錳 酸 鋰 電 池 的 陰 極 上 形 成 三 維 晶 體 骨 架 。 該 尖 晶 石 結 構 通 常 由 連 接 成 晶 格 的 菱 形
形狀組成， 一般在電池化成后出現。
錳酸鋰陰極結晶形成具有在化成后成型的三維骨架結構。 尖晶石提供低電阻， 但比能量低 于鈷酸鋰。
錳酸鋰的容量大約比鈷酸鋰低三分之一。 設計靈活性使工程師能夠選擇最大限度地延長電池
的使用壽命， 或者提高最大負載電流（ 比功率） 或容量（ 比能）。 例如， 18650 電池的長壽 命版本只有 1, 100m Ah的適中容量; 高容量版本則達到 1, 500m Ah。
圖 5 顯 示 了 典 型 錳 酸 鋰 電 池 的 蜘 蛛 圖 。 這 些 特 性 參 數 似 乎 不 太 理 想 ， 但 新 設 計 在 功 率 ， 安 全 性和壽命方面有所改進。 純錳酸鋰電池今天不再普遍; 它們只在特殊情況下應用。
盡管整體性能一般， 但新型錳酸鋰設計可以提高功率， 安全性和壽命。
大多數錳酸鋰與鋰鎳錳鈷氧化物（ NMC） 混合， 以提高比能量并延長壽命。 這種組合帶來了 每 個 系 統 的 最 佳 性 能 ， 而 大 多 數 電 動 汽 車 ， 如 日 產 Leaf ， 雪 佛 蘭 Volt 和 寶 馬 i3 都 選 用 了 LMO （ NMC ） 。 電 池 的 LMO 部 分 可 以 達 到 30 ％ 左 右 ， 可 以 在 加 速 時 提 供 較 高 的 電 流 ; NMC 部分提供了很長的續航里程。
鋰 離 子 電 池 研 究 傾 向 于 將 錳 酸 鋰 與 鈷 ， 鎳 ， 錳 和 / 或 鋁 組 合 作 為 活 性 陰 極 材 料 。 在 一 些 架 構 中， 少量硅被添加到陽極。 這提供了 25 ％ 的容量提升; 然而， 硅隨著充放電膨脹和收縮， 從 而引起機械應力， 容量提升通常與短的循環壽命緊密聯系。 可以方便地選擇這三種活性金屬以及硅增強來提高比能（ 容量）， 比功率（ 負載能力） 或壽 命。 消費電池需要大容量， 而工業應用需要電池系統， 具有良好的負載能力， 壽命長， 并提 供安全可靠的服務。
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三：鎳鈷錳酸鋰（LiNiMnCoO 2或NMC）
最成功的鋰離子體系之一是鎳錳鈷（ NMC） 的陰極組合。 與錳酸鋰類似， 這個體系可以定制 用 作 能 量 電 池 或 功 率 電 池 。 例 如 ， 中 等 負 載 條 件 下 的 18650 電 池 中 的 NMC 具 有 約 2, 800m Ah 的容量并且可以提供 4A至 5A放電電流； 同一類型的NMC 在針對特定功率進行優化時， 容量 僅為 2, 000m Ah， 但可提供 20A的連續放電電流。 硅基陽極將達到 4000m Ah以上， 但負載能 力 降 低 ， 循 環 壽 命 縮 短 。 添 加 到 石 墨 中 的 硅 具 有 缺 陷 ， 即 陽 極 隨 著 充 電 和 放 電 而 膨 脹 和 收 縮， 使得電池機械應力大結構不穩定。
NMC 的 秘 密 在 于 鎳 和 錳 的 結 合 。 與 此 類 似 的 是 食 鹽 ， 其 中 主 要 成 分 鈉 和 氯 化 物 本 身 是 有 毒 的， 但將它們混合起來作為調味鹽和食品保存劑。 鎳以其高比能量而聞名， 但穩定性差； 錳尖晶石結構可以實現低內阻但比能量低。 兩種活性金屬優勢互補。
NMC 是 電 動 工 具 ， 電 動 自 行 車 和 其 他 電 動 動 力 系 統 的 首 選 電 池 。 陰 極 組 合 通 常 是 三 分 之 一 鎳 ， 三 分 之 一 錳 和 三 分 之 一 鈷 ， 也 被 稱 為 1- 1- 1 。 這 提 供 了一 種 獨 特 的 混 合 物 ， 由 于 鈷 含 量 降 低 ， 也 降 低 了 原 材 料 成 本 。
另 一 個 成 功 的 組 合 是 NCM， 其 中 含 有 5 份 鎳 ， 3 份 鈷 和 2 份 錳 （ 5- 3- 2）。 也可以使用其他不同量的陰極材料組合。
由 于 鈷 的 高 成 本 ， 電 池 制 造 商 從 鈷 系 轉 向 鎳 陰 極 。 鎳 基 系 統 比 鈷 基 電 池 具 有 更 高 的 能 量 密 度， 更低的成本和更長的循環壽命， 但是它們的電壓略低。
新型電解質和添加劑可以使單只電池充電至 4. 4V以上， 從而提高電量。 圖 7 展示了NMC 的特 性。
NMC具有良好的整體性能， 并且在比能量方面表現出色。 這種電池是電動車的首選， 具 有最低的自熱率
由 于 該 體 系 經 濟 性 和 綜 合 性 能 表 現 均 比 較 好 ， 因 此 NMC 混 合 鋰 離 子 電 池 越 來 越 受 到 重 視 。鎳， 錳和鈷三種活性材料可輕松混合， 以適應需要頻繁循環的汽車和能源存儲系統（ EES） 的廣泛應用。 NMC家族的多樣性正在增長。
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四：磷酸鐵鋰（LiFePO 4）
1996年， 德克薩斯大學發現磷酸鹽可作為再充電鋰電池的陰極材料。 磷酸鋰具有良好的電化 學性能和低電阻。 這是通過納米級磷酸鹽陰極材料實現的。 主要優點是高額定電流和長循環 壽命； 良好的熱穩定性， 增強了安全性和對濫用的容忍度。 如果長時間保持在高電壓下， 磷酸鋰對全部充電條件的耐受性更強， 并且比其他鋰離子系統 的應力更小。 缺點是， 較低的 3. 2V電池標稱電壓使得比能量低于鈷摻雜鋰離子電池。 對于大 多數電池來說， 低溫會降低性能， 升高儲存溫度會縮短使用壽命， 磷酸鋰也不例外。 磷酸鋰 具有比其他鋰離子電池更高的自放電， 這可能會引起老化進而帶來均衡問題， 雖然可以通過 選 用 高 質 量 的 電 池 或 使 用 先 進 的 電 池 管 理 系 統 來 彌 補 ， 但 這 兩 種 方 式 都 增 加 了 電 池 組 的 成 本。 電池壽命對制造過程中的雜質非常敏感， 不能承受水分的摻雜， 由于水分雜質的存在有 些電池最短壽命只有 50個循環。 圖 9總結了磷酸鋰的屬性。
常用磷酸鋰代替鉛酸起動蓄電池。 四個串聯電池產生 12. 80V， 與六個 2V鉛酸電池串聯的電壓 相似。 車輛將鉛酸充電至 14. 40V（ 2. 40V/ 電池） 并保持浮充狀態。 浮充的用意在于保持完全 充電水平并防止鉛酸電池硫酸化。
通 過 串 聯 四 個 磷 酸 鋰 電 池 ， 每 個 電 池 的 電 壓 均 為 3. 60V， 這 是 正 確 的 滿 充 電 電 壓 。 此 時 ， 應 該 斷 開 充 電 ， 但 駕 駛 時 繼 續 充 電 。 磷 酸 鋰 容 忍 一 些 過 度 充 電 ; 然 而 ， 由 于 大 多 數 車 輛 在 長 途 旅行中長時間保持電壓在 14. 40V， 可能會增加磷酸鋰電池的機械應力。 時間會告訴金年會 - jinnianhui.com磷酸 鋰作為鉛酸電池的替代品能夠承受多長時間的過充電。 低溫也會降低鋰離子的性能， 可能會 影響極端情況下的起動能力。
磷酸鋰具有良好的安全性和長壽命， 比能量適中， 自放電能力增強。
五：鎳鈷鋁酸鋰（LiNiCoAlO2或稱NCA）
鎳鈷鋁酸鋰電池或NCA自 1999年以后被應用。 它具有較高的比能量， 相當好的比功率和長的 使用壽命與NMC有相似之處。 不太討人喜歡的是安全性和成本。 圖 11總結了六個關鍵特征。 NCA是鋰鎳氧化物的進一步發展； 加入鋁賦予電池更好的化學穩定性。
高能量和功率密度以及良好的使用壽命使NCA成為EV動力系統的候選者。 高成本和邊際 安全性卻有負面的影響。
六：鈦酸鋰（Li4Ti5O12）
自二十世紀八十年代以來， 鈦酸鋰陽極的電池已為人所知。 鈦酸鋰代替典型鋰離子電池陽極 中的石墨， 并且材料形成尖晶石結構。 陰極可以是錳酸鋰或NMC。 鈦酸鋰的標稱電池電壓為 2. 40V， 可 以 快 速 充 電 ， 并 提 供 10C 的 高 放 電 電 流 。 據 說 循 環 次 數 高 于 常 規 鋰 離 子 電 池 的 循 環 次 數 。 鈦 酸 鋰 是 安 全 的 ， 具 有 出 色 的 低 溫 放 電 特 性 ， 在 - 30° C （ - 22° F） 時 可 獲 得 80 ％ 的 容量。
LTO （ 通常是Li4Ti5 O 12 ） 零應變， 沒有SEI膜形成和在快速充電和低溫充電時無鋰電鍍現 象， 因而具有優于傳統的鈷摻混的Li- 離子與石墨陽極的充放電性能。 高溫下的熱穩定性也比 其他鋰離子體系好; 然而， 電池價格昂貴。 比能量低， 只有 65W h/ kg， 與NiCd相當。 鈦酸鋰 充 電 至 2. 80V， 放 電 結 束 時 為 1. 80V。 圖 13 顯 示 了 鈦 酸 鋰 電 池 的 特 性 。 典 型 用 途 是 電 動 動 力
傳動系統， UPS和太陽能路燈。
鈦酸鋰在安全性， 低溫性能和壽命方面表現出色。 正在努力提高比能量和降低成本。
下圖比較了基于鉛， 鎳和鋰體系的比能。 雖然鋰鋁（ NCA） 通過比其他系統儲存更多容量而 成 為 明 顯 的 贏 家 ， 但 它 僅 適 用 于 特 定 場 景 的 電 源 使 用 。 就 比 功 率 和 熱 穩 定 性 而 言 ， 錳 酸 鋰
（ LMO ） 和磷酸鋰（ LFP） 優異。 鈦酸鋰（ LTO ） 的容量可能較低， 但它的壽命超過了其他 大多數電池， 并且具有最佳的低溫性能。
鉛， 鎳和鋰基電池的典型比能量
NCA享有最高的比能量； 然而， 錳酸鋰和磷酸鐵鋰在比功率和熱穩定性方面優越。 鈦酸鋰具 有最好的使用壽命。
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