鉅大LARGE | 點擊量:2851次 | 2020年12月27日
各種鋰離子電池的優缺點是什么?
各種鋰離子電池的優缺點是什么?
我不是大拿,根據自己的相關經驗和研究來寫的,只供參考。
以下只是針對民用市場,特種行業不懂也不敢妄為。
鋰鈷氧化物分離線
鋰鈷氧化物是商用鋰離子電池的第一個負極數據,早在90年代索尼就推出了第一款鋰鈷氧化物鋰離子電池。鋰鈷氧化物的優點是能量密度高,循環功能好,缺點是價格昂貴,熱穩定性不好(簡單來說就是安全性不好)。鈷是一種不常見的金屬,沒有獨立的礦藏,重要在自然界中以伴生礦物的形式存在。非洲占世界鈷資源的70%以上。鈷的價格比較高,前兩年炒近70萬元/噸(金屬價格,下同),近年來跌了一些,也要30萬左右。因此,如何降低鈷的用量是鋰離子電池負極數據非常重要的研究方向。
鋰離子電池的消費市場基本上分為兩大塊:一塊是數碼3C,另一塊是動力鋰電池,儲能基本上被歸類為動力這一塊。目前數字3C商城的重要正數據仍然是鋰鈷酸,因為鋰鈷酸穩定性好,能量密度高。數碼類電池能量小,即使安全幾乎沒有關系,燒了燒也沒什么大不了的。數字電池市場經過多年的發展,基本上可以說是一個股票市場,增值不大。然而,隨著5G購物中心的發展,未來的數字電池購物中心仍有發展的空間。
鎳酸鋰分界線
鎳酸鋰的優勢是便宜,鎳的價格在10萬元/噸左右,與鈷相比便宜得多,能量密度也不差。但其致命的缺點是,在制備過程中,陽離子重排會導致結構不穩定,特別是在濕度(露點)控制不好的情況下,會導致嚴重的充氣甚至安全問題。所以基本上,沒有商用的鋰離子電池是以鎳酸鋰為正極的。
錳酸鋰分界線
錳酸鋰的優勢是比較便宜,錳的價格只有1萬多/噸,相關于鈷和鎳是非常便宜的。錳酸鋰的能量密度很好,安全性能沒有問題,但致命的問題是循環性能極差。其原因是錳在充放電過程中,其晶體結構會受到jahn-teller效應的影響,結構會發生變形和坍塌,錳離子會逐漸溶解在電解液中。使用錳酸鋰的鋰離子電池的循環壽命大約為300-400周,而鈷酸鋰離子電池的循環壽命為數千周。因此,現在錳酸鋰離子電池都是小批量生產,一般來說,一些低端的使用市場(如電動工具等),對這種電池的使用壽命要求不高。
三元數據分割線
說了這三種過渡金屬化合物的正極數據,讓我們來看看它們的組合,這三種正極。所謂三元,是由鎳、鈷、錳三種元素組合而成,重要目的是減少鈷的使用,節約資金。三元組的能量密度較高,循環壽命和鈷酸鋰接近或優于鈷酸鋰,熱穩定性好,優于鈷酸鋰,只能這么說……正因為它有這么多的優點,成本相對較低,所以是近年來鋰離子電池動力數據的主力。
磷酸鐵鋰分界線
首先,結論:磷酸鐵鋰是未來幾年動力離子電池市場的一匹黑馬!(個人意見,輕噴!)磷酸鐵鋰是古德諾先生對鋰電的偉大貢獻之一,因為鐵和磷是很常見的,很便宜的材料,磷酸鐵鋰有很好的循環壽命,運行2000次循環很好,3000周并不是一個夢想。更重要的是,它的安全性能還不錯,就像3元電池做針灸實驗相同,基本上扎一燒一,磷酸鐵鋰離子電池針灸失敗的概率要小得多。但這類數據在電力市場上的使用還不到三元,它也有致命的缺點。在我看來,只有兩點,一是低能量密度,這重要取決于它的電壓通道(有關什么是電壓通道,請參考物理化學中電化學熱力學的內容)。一般情況下,三元電池的電壓通道約為3.7v,磷酸鐵鋰約為3.2v,能量輸出略低;其次,其低溫功能范圍,一旦使用低于0度,可能無法正常充放電。當然,第二個問題可以處理技術,在電池組+加熱系統,當電池充電和放電加熱第一次,但這一次是新增成本,第二個目的是為了新增能源消耗,雖然不是說小事聰明大事聰明,但簡而言之。
動力鋰離子電池一直以來都是商城的政策,也就是說,這個商城實際上不是由個人的購買意愿構成的,二是國家政策在推動。幾年前汽車公司騙補的那么多,反過來說明假如沒有補貼,其實大家都是玩不下去的,所以國家政策在動力鋰電池市場的用途是決定性的。國家援助標準的變化表明,在過去幾年里,對能源密度和范圍的強調每年都在新增。磷酸亞鐵鋰在這個營地路由,能量密度由于電池組(系統)水平,磷酸鐵鋰離子電池的能量密度只有100wh/公斤,遠低于最低標準的補貼150wh/公斤,這導致很多制造商和動力鋰電池公司工作,不敢使用磷酸亞鐵鋰,幾年前因為它用了不到津貼。所以在過去的幾年里,磷酸鐵鋰離子電池只能在一些邊緣的購物中心使用,比如儲能,或者一些沒有補貼的購物中心,比如國際購物中心。
但在過去一年左右的時間里,我國的發展方向發生了戲劇性的變化,或許從以前強調的能源密度,轉向了更全面的功能,比如是否應該將安全納入這些目標,目前也在對這些目標進行審查。再加上補貼的持續下降,明年甚至可能取消(本來是今年,但可能會被疫情推遲),磷酸鐵鋰的成本和安全優勢變得明顯。
另一個因素,更確切地說,是領頭羊,是特斯拉進入我國選擇了CATL的鋰鐵磷酸鹽電池。特斯拉是電動汽車行業的標桿,我想幾乎沒有人會否認這一點。它可以選擇磷酸鐵鋰而不是三元電池,可以明確職業發展的方向。當然,我并不是說三元電池會在幾分鐘內消失,但是磷酸鐵鋰市場份額的上升已經是板上釘釘的事了。市場反應總是比政策和風慢,所以在未來一兩年可能會有大量的磷酸鐵鋰電動汽車進入市場。順便說一句,比亞迪會笑死的。
鈦酸鋰的分界線
上述比亞迪,不得不說在珠江口對面的另一家公司珠海銀龍。新能源公司是我國最大的(或許也是唯一的)鈦酸鋰離子電池供應商。與上述不同,鈦酸鋰用作負極。鈦酸鋰的優點是在充放電循環過程中,體積變化率很小,導致其結構非常穩定,循環壽命超級好。但是,相似,也是這一優勢…
鈦的價格并不便宜,這導致其推廣有必然的阻礙。此外,鈦酸鋰作為負極材料,其電壓過高,導致整個電池的電壓通道過低,能量輸出過低。最后,雖然在循環過程中,鈦酸鋰的體積變化不大,但會出現嚴重的氣體,導致電池膨脹。銀龍聲稱,氣體生產的問題是通過納米級技術來解決的,很難在生產中使用,任何曾經從事過實際數據生產的人都了解這一點。所以整個鈦酸鋰產業化項目其實是個騙局,當行業介紹普遍不樂觀時,只能哄董小姐這一套。
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