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科普:六种锂电池特性及参数对此

2021-10-19 14:58 性质:编译 作者:Litong 来源:中国叉车网-中叉网
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众所周知,道路和非道路车辆所使用的三元锂电池或者磷酸铁锂动力电池,其实其都是按照其正极活性材料来所命名。在本文在,我们汇编了六种常见锂电池类型,连同其...

众所周知,道路和非道路车辆所使用的三元锂电池或者磷酸铁锂动力电池,其实其都是按照其正极活性材料来所命名。

在本文在,我们汇编了六种常见锂电池类型,连同其主要性能参数和性能。一般来说,具有相同技术路线的锂电池之电芯,其具体参数并不完全相同。而如下文中,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)、钛酸锂(Li4Ti5O12)。

1、钴酸锂(LiCoO 2)

钴酸锂是一种无机化合物,化学式为LiCoO₂,一般使用作锂离子电池的正电极材料。其外观呈灰黑色粉末,吸入和皮肤接触会导致过敏。中文别名:钴酸锂;钴(III)酸锂

一般用于锂离子二次电池正极材料[1],液相合成工艺,它采用聚乙烯醇(PVA)或聚乙二醇(PEG)水溶液为溶剂,锂盐、钴盐分别溶解在PVA或PEG水溶液中,混合后的溶液经过加热,浓缩形成凝胶,生成的凝胶体再进行加热分解,然后在高温下煅烧,将烧成的粉体碾磨、过筛即得到钴酸锂粉。

其高比能量比,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。 结构形式如图1所示。


图1:  钴酸锂结构

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。

钴酸锂作为便携式设备中一种流行的阴极,在商用锂离子电池中仅提供其理论容量的一半。当提高截止电压以释放更多容量时,电解液中钴的溶解和钴酸锂颗粒的结构紊乱严重,导致容量快速衰减和循环寿命有限。在这里,我们展示了一类三元锂、铝、氟改性的锂钴氧化物,使用简单且可扩展的水热辅助混合表面处理,具有稳定的导电层。这种表面处理阻碍了液体电解质与钴酸锂颗粒之间的直接接触,从而减少了活性钴的损失。它还形成由锂-铝-钴-氧化物-氟固溶体组成的薄掺杂层,

自从 1991 年索尼公司首次将可充电锂离子电池 (LIB) 商业化以来,可充电锂离子电池 (LIB) 已广泛用于各种便携式电子产品,以及最近在大型电动汽车 (EV) 和储能电网 (EEG) 中的应用。由于它们在工业应用中发展迅速,因此需要具有更高能量密度和更大功率输出的 LIB1,2,3,4。最突出的阴极材料基于层状、尖晶石和橄榄石结构的晶体结构,这些结构由锂化钴、镍和锰基氧化物或聚阴离子材料3、5 组成。

在各种正极材料中,钴酸锂(LiCoO2,LCO)由于其有序的α-NaFeO2层状结构而被用于制造> 31%的LIB,这使得生产易于扩展和快速可逆锂嵌入3,6.具体而言,LCO 具有 274 mAh g-1的高理论容量,但实际放电容量仅为 ~ 140 mAh g-1(Li1−xCoO2,x ≈ 0.5, ~ 4.2 V vs. Li/Li+)7,8.造成如此大容量短缺的根本原因是从六方相到单斜相的相变,起始电压为 ~ 4.2 V8,9。将锂提取至 0.5 摩尔以上的浓度会导致结构不稳定,从而将锂脱嵌的截止电压限制为 4.2 V。当电压 > 4.2 V 时,LCO 电池的循环效率和放电容量会迅速衰减。

图2:  钴酸锂电池

钴酸锂在高比能量方面表现出色,但在功率特性、安全性和循环寿命方面只能提供一般的性能表现

汇总表

钴酸锂氧化物: LiCoO 2阴极(约60%Co),石墨阳极                                       

短型:LCO或Li-钴。始于1991年以来

电压标称值为3.60V; 典型工作范围3.0-4.2V /电池
比能(容量)150-200Wh /公斤。特种电池提供高达240Wh / kg。
充电(C率)0.7-1C,充电至4.20V(大部分电池);典型充电时长 3小时;1C以上的充电电流会缩短电池寿命。
放电(C率)1C;放电截止电压2.50V。1C以上的放电电流会缩短电池寿命。
循环寿命500-1000,与放电深度,负荷,温度有关
热失控150°C(302°F)。满充状态容易带来热失控
应用手机,平板电脑,笔记本电脑,相机
注释非常高的比能量,有限的比功率。钴很昂贵。被用作能量型电池。市场份额稳定。

表3:钴酸锂的特性

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