6大锂电池类型及性能参数汇总！.docx

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1、6大锂电池类型及性能参数汇总！我们常常会说到三元锂电池或者铁锂电池，这些都是按照正极活 性材料来给锂电池命名的。常见六种锂电池具体包括：钻酸锂，镒酸 锂，锲钻镒酸锂(NCM),银钻铝酸锂(NCA),磷酸铁锂，钛酸锂。一、钻酸锂(LiCoO2)其高比能量使钻酸锂成为手机，笔记本电脑和数码相机的热门选 择。钻酸锂的缺点是寿命相对较短，热稳定性低和负载能力有限(比 功率)。像其他钻混合锂离子电池一样，钻酸锂采用石墨负极，其循 环寿命主要受到固体电解质界面(SEl)的限制，主要表现在S日膜的逐 渐增厚，和快速充电或者低温充电过程的负极镀锂问题。较新的材料 体系增加了模，镒和/或铝以提高寿命，负载能力和

2、降低成本。图1平均钻酸锂电池的蜘蛛图六角蜘蛛图总结了与运行相关的具体能量或容量方面的钻酸锂 性能。钻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。钻酸铿氧化物：LiCOo2正极(约60%CO),石星板； 瓶型：LCo或Li一钻.始于1991年以来电区标称值为3. 60V;典型工作范围3 0-4. 2V /电池比能150-200Wh kg特和电池提供南达240Wh / kg.充电0.7-1C,充电至4.20V (大部分电池)；典型充电时长3小时；IC以上的充 电电流会缩短电池寿命。放电1C;放也截止电区2.50V。IC以上的放电电潦会蝮短电池寿命。桃环寿

3、命500-1000,与放电深度，负荷，温生有关然失控150, C (302* F)。满充枚态容易带来热失控应用手机，手板电脑,笔记本电脑，相机注释非常市的比能量.有限的比功率.话很昂贵。被用作能量型电池市场份领 稳定。表2钻酸锂的特性二、镒酸锂(LiMn2O4)尖晶石镒酸锂电池首次发表于1983年的材料研究报告中。1996 年，MOIi能源公司将镒酸锂为正极材料的锂离子电池商业化。该架构 形成三维尖晶石结构，可改善电极上的离子流动，从而降低内部电阻 并改善电流承载能力。尖晶石的另一个优点是热稳定性高，安全性提 高，但循环和日历寿命有限。低电池内阻可实现快速充电和大电流放电。18650型电芯，镒

4、酸 锂电池可以在20-3OA的电流下放电，并具有适度的热量积累，电池 温度不能超过80。5镒酸锂用于电动工具，医疗器械，以及混合动力 和纯电动汽车。镒酸锂的容量大约比钻酸锂低三分之一。设计灵活性 使工程师能够选择最大限度地延长电池的使用寿命，或者提高最大负 载电流或容量。图3显示了典型镒酸锂电池的蜘蛛图。这些特性参数似乎不太理 想，但新设计在功率，安全性和寿命方面有所改进。纯镒酸锂电池今 天不再普遍;它们只在特殊情况下应用。图3纯镒酸锂电池的蜘蛛图大多数镒酸锂与锂银镒钻氧化物(NMe)混合，以提高比能量并延 长寿命。这种组合带来了每个系统的最佳性能，而大多数电动汽车, 如日产Leaf,雪佛兰V

5、olt和宝马i3都选用了 LMO(NMC)。电池的LMo 部分可以达到30%左右，可以在加速时提供较高的电流;NMC部分提 供了很长的续航里程。锂离子电池研究倾向于将镒酸锂与钻，银，镒和/或铝组合作为 活性正极材料。在一些架构中，少量硅被添加到负极。这提供了 25% 的容量提升;然而，硅随着充放电膨胀和收缩，从而引起机械应力， 容量提升通常与短的循环寿命紧密联系。铳核锂氧化物：Lilln204正极，石质负极；新寿：LilO或LiTn （尖晶石结构）始于1996年以来电区 3. 70V （3.80V）标称值；典型工作范围3. 0-4. 2V /每只电池比能 100-150Wh / kg充电 典型

6、值为0.7-1C,最大值为3C,充电至4. 2OV （大部分电池）放电 1C; 一些电池可以达到10C, 30C陈冲（5s） , 2. 5OV版止循环寿命 300-700 （与放电深度，温度有关）热失控 典型值为250C （482* F） 高电荷促进热失控应用电动工具,医疗设备，电动动力传动系统注释功率大但容量少；比钻鼓钗更安全；通宝与NMCx合以摄离性能。表4镒酸锂氧化物的特性三、锲钻镒酸锂（NMC）最成功的锂离子体系之一是银镒钻（NMC）的正极组合。与锌酸 锂类似，这个体系可以定制用作能量电池或功率电池。例如，中等负 载条件下的18650电池中的NMC具有约2,800mAh的容量并且可以

7、提供4A至5A放电电流；同一类型的NMC在针对特定功率进行优化 时，容量仅为2,00OmAh,但可提供20A的连续放电电流。硅基负极 将达到4000mAh以上，但负载能力降低，循环寿命缩短。添加到石 墨中的硅具有缺陷，即负极随着充电和放电而膨胀和收缩，使得电池 机械应力大结构不稳定。NMC的秘密在于银和镒的结合。与此类似的是食盐，其中主要 成分钠和氯化物本身是有毒的，但将它们混合起来作为调味盐和食品 保存剂。锲以其高比能量而闻名，但稳定性差；镒尖晶石结构可以实 现低内阻但比能量低。两种活性金属优势互补。NMC是电动工具，电动自行车和其他电动动力系统的首选电池。正极组合通常是三分之一银，三分之一

8、锦和三分之一钻，也被称为 I-I-Io这提供了一种独特的混合物，由于钻含量降低，也降低了原材 料成本。另一个成功的组合是NCM,其中含有5份银，3份钻和2 份镒(5-3-2)o也可以使用其他不同量的正极材料组合。由于钻的高成本，电池制造商从钻系转向镇正极。银基系统比钻 基电池具有更高的能量密度，更低的成本和更长的循环寿命，但是它 们的电压略低。新型电解质和添加剂可以使单只电池充电至4.4V以 上，从而提高电量。图7展示了 NMC的特性。图5 NMC的蜘蛛图由于该体系经济性和综合性能表现均比较好，因此NMC混合锂 离子电池越来越受到重视。银，镒和钻三种活性材料可轻松混合，以 适应需要频繁循环的汽

9、车和能源存储系统的广泛应用。NMC家族的 多样性正在增长。锂集锤钻氧化物：NClfl正极，石墨负极筒寿；NMCt始于2008年电A 3. 60V,标称3. 70V;电池典型工作范围3. 0-4. 2V或更高比能150-220Whkg0.7-1C,充电至4.20V, 一些至4.30V; 3小时典型充电。IC以上的充电电流 充电会缩短电池寿命.放电1C； 2C可能在某些电芯上可行；2.5OV屐止循环寿命1000-2000 (与放电深度，温度有美)热失控典型的210 C (410* F) 高电荷促进热失控应用 电动自行车，医疗设备，电动车，工业注释提供高容量和高功率。嶷合电芯。受到多种用途的欢迎，市

10、场份抵不断增加.表6锂螺镒钻氧化物(NMC)的特性四、磷酸铁锂(LiFeP04)1996年，德克萨斯大学发现磷酸盐可作为再充电锂电池的正极 材料。磷酸锂具有良好的电化学性能和低电阻。这是通过纳米级磷酸 盐阴极材料实现的。主要优点是高额定电流和长循环寿命；良好的热 稳定性，增强了安全性和对滥用的容忍度。如果长时间保持在高电压下，磷酸锂对全部充电条件的耐受性更 强，并且比其他锂离子系统的应力更小。缺点是，较低的3.2V电池 标称电压使得比能量低于钻掺杂锂离子电池。对于大多数电池来说, 低温会降低性能，升高储存温度会缩短使用寿命，磷酸锂也不例外。 磷酸锂具有比其他锂离子电池更高的自放电，这可能会引起

11、老化进而 带来均衡问题，虽然可以通过选用高质量的电池或使用先进的电池管 理系统来弥补，但这两种方式都增加了电池组的成本。电池寿命对制 造过程中的杂质非常敏感，不能承受水分的掺杂，由于水分杂质的存 在有些电池最短寿命只有50个循环。图7总结了磷酸锂的属性。图7典型磷酸锂电池的蜘蛛图常用磷酸锂代替铅酸起动蓄电池。四个串联电池产生12.80V,与 六个2V铅酸电池串联的电压相似。车辆将铅酸充电至14.40V（2.40V/ 电池）并保持浮充状态。浮充的用意在于保持完全充电水平并防止铅 酸电池硫酸化。通过串联四个磷酸锂电池，每个电池的电压均为3.60V,这是正 确的满充电电压。此时，应该断开充电，但驾驶

12、时继续充电。磷酸锂 容忍一些过度充电;然而，由于大多数车辆在长途旅行中长时间保持 电压在14.40V,可能会增加磷酸锂电池的机械应力。时间会告诉我们 磷酸锂作为铅酸电池的替代品能够承受多长时间的过充电。低温也会 降低锂离子的性能，可能会影响极端情况下的起动能力。磷酸铁锂：LiFoP04正极，石星负极箱称：LFP或磷酸锂，始于1996年电压3. 20,标称值3.30V;典型工作范.图2. 5-3.65V比能90-120Whkg充电IC典型，充电至3.65V；典型的3小时充也时间放电1C, 25C在一些电芯上可行；40A林冲（2s） ; 2.5OV截止（低于2V导致损坏）循环寿命 IOOO-200

13、0 （与放电深度，温度有美）热失控 270 C （518 F）即使充满电，电池也非常安全应用 便携式和固定式，含类高负载电流和耐久性的应用场景.非常平坦的也压放电曲线但容量低。最安全的王竹钗离子之一.用于特殊市场。高自放电。表8磷酸铁锂的特性五、银钻铝酸锂（NCA）镁钻铝酸锂电池或NCA自1999年以后被应用。它具有较高的比 能量，相当好的比功率和长的使用寿命与NMC有相似之处。不太讨 人喜欢的是安全性和成本。图9总结了六个关键特征。NCA是锂银氧化物的进一步发展；加入铝赋予电池更好的化学稳定性。高能量和功率密度以及良好的使用寿命使NCA成为EV动力系 统的候选者。高成本和边际安全性却有负面的

14、影响。集钻铝酸钗：NCA正极，石星负极简称：NCA或钗铝。始于1999年电压标称值为3.60V：典型工作范围3. 0-4. 2V比能200-260Whkg;预测可以达到300Whkg0. 7C,充电至4.2OV （大多数也池），典型的3小时充电，一些也池可以快充电速充电放电IC典型；截止3.00V；南放电速率会缩短电池寿命循环寿命500 （与放也深度，温度有美）热失控典型值为150 C （302 F）,高电荷会导致热失控应用便携医疗设备，工业，电动动力总成（挣斯拉）注释饴酸较有相似之处。能量型电池.表10镶钻铝酸锂（NCA）的特性六、钛酸锂自二十世纪八十年代以来，钛酸锂负极的电池已为人所知。钛

15、酸 锂代替典型锂离子电池负极中的石墨，并且材料形成尖晶石结构。正 极可以是镒酸锂或NMC。钛酸锂的标称电池电压为2.40V,可以快速 充电，并提供IoC的高放电电流。据说循环次数高于常规锂离子电池 的循环次数。钛酸锂是安全的，具有出色的低温放电特性，在-30。C （-220 F）时可获得80%的容量。图11钛酸锂蜘蛛图LTO （通常是Li4Ti5O12）零应变，没有S日膜形成和在快速充电 和低温充电时无锂电镀现象，因而具有优于传统的钻掺混的Li-离子 与石墨阳极的充放电性能。高温下的热稳定性也比其他锂离子体系 好;然而,电池价格昂贵。比能量低，只有65Whkg,与NiCd相当。 钛酸锂充电至2.80V,放电结束时为1.80V。图13显示了钛酸锂电池 的特性。典型用途是电动动力传动系统，UPS和太阳能路灯。佚酸钗:可以是铳酸较氧化物或C正极；Li4Ti5012 （佚酸处） 极 苒件：LTOLi-Ulk, 2008年左右开始铺售.电压2.40V标低值： 典型工作范图1.8285V:比能50-80Whkg充电IC典型：最大5C.充电至2.85V放电IoC关签.30C 5s脉冲；LCO/LTO裁止电压1.8OV