三元鋰電池是一種鋰離子電池。鋰離子電池的一種分類方法是按正極材料分類。鋰電池的正極材料有很多種,主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。
通常,鋰電池的正極材料是鈷酸鋰,三元鋰電池是使用三元材料鎳鈷錳酸鋰作為正極材料的鋰電池。
還有使用鎳、鈷和鋁作為正極材料的三元鋰電池。鋰鎳鈷錳酸比鋰鈷酸便宜,目前的三元材料電池已經取代了此前廣泛使用的鋰鈷錳電池。
由于Ni2+(0.069nm)和Li+(0.076nm)的半徑彼此接近,高溫下隨著三元共聚物燒結材料中鎳含量的增加,Li和Ni混合的概率迅速增加,這使得Li+的脫intercalation困難,導致材料的比容量和循環(huán)財產降低,難以逆轉。
此外,隨著鎳含量的增加,材料中Ni3+的不穩(wěn)定比例增加,這傾向于與空氣中的水分和二氧化碳發(fā)生反應,加劇了比容量和循環(huán)性能的損失。
相反,磷酸鐵鋰的P-O化學鍵相對穩(wěn)定,只有在溫度達到700-800攝氏度時才會分解。即使電池變形和損壞,氧分子也不會釋放,并會發(fā)生劇烈燃燒。因此,鋰鐵電池具有更好的穩(wěn)定性和性能。
在相同體積下,三元鋰電池總是表現(xiàn)出更好的能量密度,即相同體積和質量,使用三元鋰蓄電池可以跑得更遠。然而,在三元(鎳、鈷、錳(鋁))材料中,鎳的比例正在增加。
電池的能量密度確實進一步提高,但壽命、過熱甚至問題再次出現(xiàn)。更不用說稀有金屬的使用,導致三元鋰電池一直承受著高昂的成本壓力。
同時,鐵鋰材料與三元材料中更稀缺的鎳、鈷和錳相比,具有明顯的價格和成本優(yōu)勢,因為其成分主要是廉價的鐵和磷。
因此,三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池的優(yōu)缺點是互補的。磷酸鐵鋰的優(yōu)點是高性和低成本。理論上,磷酸鐵鋰電池可以承受大約三元鋰電池兩倍的溫度,并且在分解狀態(tài)下不會釋放氧氣,自燃風險低。
再加上更多的充電周期,且不含稀有金屬鈷,因此具有較大的成本優(yōu)勢。當然,磷酸鐵鋰的缺點是能量密度低、低溫衰減嚴重、剩余功率估計誤差大等。
三元鋰離子電池應用領域:
電動汽車:三元鋰離子電池在電動汽車中廣泛應用,因其高能量密度和較長的循環(huán)壽命,可以提供可靠而持久的驅動能力。
移動設備:三元電池也廣泛用于手機、平板電腦和筆記本電腦等移動設備中,因其高能量密度和較小的體積,使得設備可以具備持久穩(wěn)定的電池壽命。
儲能系統(tǒng):由于三元電池具有高能量密度和較長的循環(huán)壽命,它們可以用于儲能系統(tǒng),如家庭儲能系統(tǒng)、太陽能和風能儲能系統(tǒng)等。