三元鋰電池壽命及優(yōu)缺點？

什么是三元鋰電池？

在自然界中，鋰是最輕、原子質(zhì)量最小的金屬，其原子量為6.94g/mol，ρ=0.53g/cm3。鋰化學性質(zhì)活潑，容易失去電子而被氧化成Li+。因此，標準電極電位最負，為-3.045V，電化學當量最小，為0.26g/Ah。具有高比能的材料。三元鋰電池是指以鎳、鈷、錳三種過渡金屬氧化物為正極材料的鋰二次電池。充分融合了鈷酸鋰良好的循環(huán)性能、鎳酸鋰的高比容量以及錳酸鋰的高安全性和低成本。它采用分子水平混合、摻雜、包覆和表面改性來合成鎳。鈷錳等多元素協(xié)同復(fù)合嵌鋰氧化物。是一種被廣泛研究和應(yīng)用的鋰離子充電電池。

三元鋰電池壽命

所謂的鋰電池life是指電池使用一段時間后，容量衰減到標稱容量的70%（室溫25℃，標準大氣壓下的電池容量，0.2C放電的電池容量)，這可以被認為是生命的終結(jié)。業(yè)內(nèi)一般以鋰電池完全放電的循環(huán)次數(shù)來計算循環(huán)壽命。在使用過程中，鋰電池內(nèi)部會發(fā)生不可逆的電化學反應(yīng)，導(dǎo)致容量下降，如電解液分解、活性物質(zhì)失活、正負極結(jié)構(gòu)崩解等，導(dǎo)致鋰離子嵌入和脫嵌的數(shù)量減少等。

三元鋰電池的理論壽命約為800次循環(huán)，在商用可充電鋰電池中屬于中等水平。磷酸鐵鋰的循環(huán)次數(shù)約為 2,000 次，而鈦酸鋰據(jù)說可以循環(huán) 10,000 次。目前主流電池廠商在其三元電池規(guī)格中都承諾500次以上（標準條件下充放電）。電阻不可能完全一樣，其循環(huán)壽命在400次左右。廠商建議SOC使用窗口為10%~90%。不建議進行深度充放電，否則會對電池正負極結(jié)構(gòu)造成不可逆的損壞。如果按淺充淺放計算，循環(huán)壽命至少為1000次以上。此外，

三元鋰電池的優(yōu)缺點

三元鋰電池在容量和安全性方面比較均衡，是一種綜合性能優(yōu)異的電池。三種金屬元素的主要作用和優(yōu)缺點如下：

Co3+：減少陽離子混合占據(jù)，穩(wěn)定材料的層狀結(jié)構(gòu)，降低阻抗值，提高導(dǎo)電率，提高循環(huán)和倍率性能。

Ni2+：可以提高材料的容量（提高材料的體積能量密度），由于Li和Ni的半徑相近，過多的Ni也會引起與Li的位錯現(xiàn)象造成鋰的混合排列和鎳，鋰層中鎳離子的濃度越大，層狀結(jié)構(gòu)中的鋰越難脫嵌，導(dǎo)致電化學性能較差。

Mn4+：不僅可以降低材料成本，還可以提高材料的安全性和穩(wěn)定性。但Mn含量過高易出現(xiàn)尖晶石相，破壞層狀結(jié)構(gòu)，降低容量，縮短循環(huán)。

高能量密度是三元鋰電池的最大優(yōu)勢，而電壓平臺是電池能量密度的重要指標，決定了電池的基本性能和成本。電壓平臺越高，比容量越大，所以同樣的體積、重量，甚至同樣一個小時的電池，比電壓平臺更高的三元材料鋰電池的續(xù)航時間更長。單體三元鋰電池的放電電壓平臺高達3.7V，磷酸鐵鋰為3.2V，鈦酸鋰僅為2.3V。因此，從能量密度來看，三元鋰電池優(yōu)于磷酸鐵鋰、錳酸鋰或磷酸鐵鋰。鈦酸鋰具有絕對的優(yōu)勢。

安全性差、循環(huán)壽命短是三元鋰電池的主要缺點，尤其是安全性能，一直是限制其大規(guī)模配置和大規(guī)模集成應(yīng)用的主要因素。大量實測表明，容量大的三元電池很難通過針刺、過充等安全測試，這也是為什么大容量電池一般會引入更多的錳元素，甚至摻入錳酸鋰。500次的循環(huán)壽命屬于鋰電池的中下部，所以三元鋰電池的主要應(yīng)用領(lǐng)域是3C數(shù)碼等消費電子產(chǎn)品。