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三元鋰離子電池壽命 三元鋰離子電池優缺點

鉅大LARGE  |  點擊量:1162次  |  2020年11月17日  

三元鋰離子電池壽命


所謂鋰離子電池壽命是指電池在使用過一段時間后,容量衰減為標稱容量(室溫25℃,標準大氣壓,且以0.2C放電的電池容量)的70%,即可認為壽命終止。行業內一般以鋰離子電池滿充滿放的循環次數來計算循環壽命。在使用的過程中,鋰離子電池內部會發生不可逆的電化學反應導致容量下降,比如電解液的分解,活性材料的失活,正負極結構的坍塌導致鋰離子嵌入和脫嵌的數量減少等等。實驗標明,更高倍率的放電會導致容量更快的衰減,假如放電電流較低,電池電壓會接近平衡電壓,能釋放出更多的能量。


三元鋰離子電池的理論壽命約為800次循環,在商業化的可充電鋰離子電池中屬于中等。磷酸鐵鋰約為2000次,而鈦酸鋰據說可以達到1萬次循環。目前主流的電池廠家在其生產的三元電芯規格書中承諾大于500次(標準條件下充放電),但是電芯在配組做成電池包后,由于一致性問題,重要是電壓和內阻不可能完全相同,其循環壽命大約為400次。廠家推薦SOC使用窗口為10%~90%,不建議進行深度充放電,不然會對電池的正負極結構造成不可逆的損傷,若是以淺充淺放來計算的話,循環壽命至少有1000次。另外,鋰離子電池若是經常在高倍率和高溫環境下放電,電池壽命會大幅下降到不足200次。


三元鋰離子電池優缺點


三元鋰離子電池在容量與安全性方面比較均衡,是一款綜合性能優異的電池。三種金屬元素的重要用途和優缺點如下:


Co3+:減少陽離子混合占位,穩定材料的層狀結構,降低阻抗值,提高電導率,提高循環和倍率性能。


Ni2+:可提高材料的容量(提高材料的體積能量密度),而由于Li和Ni相似的半徑,過多的Ni也會因為與Li發生位錯現象導致鋰鎳混排,鋰層中鎳離子濃度越大,鋰在層狀結構中的脫嵌越難,導致電化學性能變差。


Mn4+:不僅可以降低材料成本,而且還可以提高材料的安全性和穩定性。但過高的Mn含量會容易出現尖晶石相而破壞層狀結構,使容量降低,循環衰減。


能量密度高是三元鋰離子電池的最大優勢,而電壓平臺是電池能量密度的重要指標,決定著電池的基本效能和成本,電壓平臺越高,比容量越大,所以同樣體積、重量,甚至同樣安時的電池,電壓平臺比較高的三元材料鋰離子電池續航時間更長。單體三元鋰離子電池放電電壓平臺高達3.7V,磷酸鐵鋰為3.2V,而鈦酸鋰僅為2.3V,因此從能量密度角度來說,三元鋰離子電池比磷酸鐵鋰,錳酸鋰或者鈦酸鋰具有絕對優勢。


安全性較差和循環壽命較短是三元鋰離子電池的重要短板,尤其是安全性能,是一直限制其大規模配組,和大規模集成應用的一個重要因素。大量實測表明,容量較大的三元電池很難通過針刺和過充等安全性測試,這也是大容量電池中一般都要多引入錳元素,甚至混合錳酸鋰一起使用的原因。500次的循環壽命在鋰離子電池中屬于中等偏下,因此三元鋰離子電池目前最重要的應用領域是3C數碼等消費類電子產品。


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