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列举三种锂离子电池正极材料并对比其优缺点,锂离子电池之四种正极材料比较

发布时间:2023-08-04 16:06:25编辑:温柔的背包来源:

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列举三种锂离子电池正极材料并对比其优缺点,锂离子电池之四种正极材料比较

在四种正极材料中,钴酸锂(LiCoO2)和镍钴锰酸锂(NCM三元材料)具有层状结构,磷酸亚铁锂(LiFePO4)具有橄榄石结构,锰酸锂(LiMn2O4)具有尖晶石结构。这四种正极材料已经以商业规模生产,并应用于不同场景的锂离子电池。图片来源:唐雪在线《锂离子电池材料与技术》以下从能量密度、倍率、寿命、安全、成本五个维度对比四种正极材料1、磷酸亚铁锂。

磷酸亚铁锂具有橄榄石结构,其晶体结构由稳定的聚阴离子磷氧四面体组成,但磷氧四面体只能构建一维锂离子传输通道,导致锂离子扩散缓慢。因此,磷酸亚铁锂具有循环寿命长、热稳定性好、安全、成本低的优点;具有高倍率放电容量衰减快,低温放电容量衰减快的缺点。图片来源:唐雪在线《锂离子电池材料与技术》2、锂钴氧化物和锂镍钴锰氧化物(NCM三元材料)对比

钴酸锂和锰酸锂镍钴(NCM三元材料)均具有-NaFeO2层状结构,理论克容量相近,能量密度较高,在高脱离状态下层状结构稳定性较低,成本较高。图片来源:唐雪在线《锂离子电池材料与技术》钴酸锂与镍钴锰酸锂(NCM三元材料)的区别:

钴酸锂压实密度高,在高电压应用下实际克容量高,因此广泛应用于对体积能量密度更敏感的数字软包锂离子电池。在锰酸锂镍钴(NCM三元材料)中,钴的含量较低。通过增镍减钴制成的锰酸锂镍钴(NCM三元材料),克容量更高,成本更低,因此广泛应用于电动汽车和部分消费电子产品。

3、磷酸亚铁锂与锰酸镍钴锂(NCM三元材料)的对比锰酸镍钴锂(NCM三元材料)的能量密度更高,用在电动车上可以相对增加电动车的续航里程;磷酸亚铁锂稳定性更高,可以提高电动车的安全性。磷酸铁锂电池成本低,适用于小型车。镍钴锰酸锂(NCM三元材料)电池成本高,可用于豪华车。图片来源:唐雪在线《锂离子电池材料与技术》4、锰酸锂

锰酸锂具有尖晶石结构,属于立方晶系,在空间上具有三维锂离子传输通道,在高倍率充放电条件下具有优势;锰酸锂不含金属钴,合成方法简单,价格低廉。由于三价锰离子在高温下容易歧化溶解,锰酸锂的结构稳定性低于磷酸亚铁锂。高温下,锰酸锂有电池寿命衰减快的缺点。综上所述,锰酸锂在充电宝和移动电源方面应用广泛。

图片来源:唐雪在线《锂离子电池材料与技术》5、四种正极材料性能综合对比下图综合展示了四种正极材料的性能对比:能量密度:钴酸锂的体积能量密度最大,镍钴锰酸锂(NCM三元材料)次之。倍率:锰酸锂最有优势,磷酸亚铁锂性能最差。寿命:磷酸亚铁锂寿命最长,其次是锰酸镍钴锂(NCM三元材料),锰酸锂寿命最短。安全性:磷酸亚铁锂和锰酸锂占优势。

成本:钴酸锂的成本最高,磷酸亚铁锂和锰酸锂的成本相对较低。图片来源:唐雪在线《锂离子电池材料与技术》审核刘清

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