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三元锂离子电池到底是哪三元?三元锂离子电池的“三元”指的是包含镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)或铝(Al)三种金属元素的聚合物,在三元锂离子电池中做正极。三者缺一不可,在电池内部发挥的用途。
中国是世界上大的钴市场,其消费市场以动力电池、3 C电池、碳化物为主要消费市场。在动力电池领域,随着新能源汽车行业的发展,三元电池的销量也在持续增长,而钴的需求量也在持续增长。在3 C电池方面,由于笔记本、智能手机、平板电脑等的需求持续增加,3 C电池的销售速度大幅提升,而随着 TWS、无人机等新兴3 C消费电子市场的迅速发展,钴的需求量也会持续上升,而新兴的消费类电子设备的迅速发展,会对钴的需求起到一定的推动作用。很多工业都要用到钴,因此钴产业的发展前景非常好。
钴的外貌和纯铁或镍相似,硬度铁,电解沉积出来的钴其硬度又高温生产的金属钴。钴中含有少量碳时(高达0.3%)会增大钴金属的抗张强度和耐压强度,而不会影响其硬度。钴可以机械加工,但略有脆性。钴的物理性质不仅在程度上依赖于钴的纯度,而且也依赖于存在的异形变体(或异形变体混合物),关于钴(即使其纯度99.9%)已报道的物理性质常会有不一致的数据,这大概只能用钴的两种异构变体之间转化速度很慢来加以解释。
制造电池设备是钴重要的用途,使用量占到全部钴使用量的40%。钴主要用来制作锂离子电池的钴酸锂,镍氢电池的氧化亚钴等。含钴材料是稳定的锂电池正极材料,是电池的核心之一,具有能量密度高和环保安全性高的特点。三元锂电池是指使用镍钴锰或者镍钴铝酸盐等三元材料为电池正极的锂电池。相对于传统锂电池,三元锂电池具有综合性能和低成本的双重优势。
锂离子电池是用锂作负极活性物质的化学电池。锂的标准电极电位负,在金属中比重轻,反应活泼性高,因而锂电池的电动势和比能量很高,是一种重要的高能电池。 锂电池的正极活性物质有氧化物、硫化物、卤化物、卤素、含氧酸盐等无机电极材料,如二氧化锰、二氧化硫、硫化铜、铬酸银、聚氟化碳、亚硫酰氯、碘等;也可以电子导电聚合物作正极材料,如聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚咔唑等,又称为聚合物电池。锂电池的电解质为非水溶液、固体和熔融盐。非水溶液电解质由有机溶剂或非水无机 溶剂加入无机盐组成,采用的有机溶剂主要有碳酸丙烯酯、二甲基丙酰胺、乙腈、γ-丁内酯等;非水无机溶剂有亚硫酰氯、液体二氧化硫等。无机盐有高氯酸锂、氯化铝锂、氟硼酸锂、溴化锂等。因锂和水接触立即发生激烈反应, 所以不仅电解质不能采用水溶液,而且全部材料和零部件均需严格脱水,并可靠密封。锂离子电池作为一种集高能量密度和高电压为一体的储能装置,已广泛应用于移动和无线电子设备、电动工具、混合动力和电动交通工具等领域。
三元聚合物锂电池是指正极材料使用锂镍钴锰或者镍钴铝酸锂的三元正极材料的锂电池,锂离子电池的正极材料有很多种,主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。其中磷酸铁锂作为正极材料的电池充放电循环寿命长,但其缺点是能量密度、高低温性能、充放电倍率特性均存在较大差距,且生产成本较高,磷酸铁锂电池技术和应用已经遇到发展的瓶颈;锰酸锂电池能量密度低、高温下的循环稳定性和存储性能较差,因而锰酸锂仅作为国际第1代动力锂电的正极材料;而多元材料因具有综合性能和成本的双重优势日益被行业所关注和认同,逐步磷酸铁锂和锰酸锂成为主流的技术路线。三元材料的电芯代替了广泛使用的钴酸锂电芯,在笔记本电池领域广泛使用。
锂电池寿命是指电池在使用过一段时间后,容量衰减为标称容量(室温25℃,标准大气压,且以0.2C放电的电池容量)的70%,即可认为电池寿命终止。行业内一般以锂电池满充满放的循环次数来计算循环寿命。在使用的过程中,锂电池内部会发生不可逆的电化学反应导致容量下降,比如电解液的分解,活性材料的失活,正负极结构的坍塌导致锂离子嵌入和脱嵌的数量减少等等。实验标明,更高倍率的放电会导致容量更快的衰减,如果放电电流较低,电池电压会接近平衡电压,能释放出更多的能量。按照目元锂电池的技术水平,如果使用恰当,在电动车上至少可以使用5年。如果使用不当,锂电池寿命就会衰减2-3年。
三元锂电池有较多的优点,比如体积比较小,放在后备箱里也不占空间。另外一单位的三元锂电池和一单位的锂电池相比的话,三元锂电池的能量密度是锂电池的,也就是说相同大小三元锂电池和其他电池作比较的话,三元锂电池的续航时间会更长一些。
三元锂离子电池即三元聚合物锂离子电池,正极资料运用镍钴锰酸锂三元正极资料的锂离子电池,即含有镍、钴、锰三种元素的过渡金属嵌锂氧化物契合资料正极的锂离子电池。这种资料归纳了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂三种资料的长处,形成了三种资料三相的共熔体系,因为三元协同效应其归纳功能优于任一单组合化合物,分量能量密度能够达到200Wh/kg。
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