三元鋰離子電池的使用壽命及優缺點

什么是三元鋰離子電池?

在自然界中，鋰是原子質量最小的最輕的金屬。其相對原子質量為6.94g/mol，=0.53g/cm3。鋰具有化學活性，容易失去電子被氧化成鋰離子。因此，標準電極電位最負，為-3.045v，電化學當量最小，為0.26g/Ah。鋰的這些特性決定了它是一種比能非常高的材料。三元鋰離子電池是指以鎳鈷錳三過渡金屬氧化物為負極材料的鋰二次電池。充分合成了鈷酸鋰良好的循環性能、鎳酸鋰的高比容量、錳酸鋰的高安全性和低成本，并通過分子水平的混合、摻雜、包覆和表面改性合成了復合嵌入式氧化鋰。它是目前廣泛研究和應用的一種鋰離子充電電池。

三元鋰離子電池壽命

所謂鋰離子電池壽命，是指電池在使用一段時間后，電池的容量衰減到公稱容量(室溫25℃，標準大氣壓，放電容量為0.2℃)的70%，就可以認為是電池壽命的結束。在行業中，循環壽命一般是由鋰離子電池充滿電的循環次數來計算的。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,導致容量的減少,如電解液的分解,活動材料的失活和陽極和陰極結構的崩潰,導致減少鋰離子嵌入和unembedded的數量。實驗表明，更高的功率放電導致更快的容量衰減。假如放電電流低，電池電壓將接近平衡電壓，釋放更多的能量。

三元鋰離子電池的理論壽命約為800次，這使得它成為商用可充電鋰離子電池的介質。磷酸鐵鋰大約有2000個循環，而鈦酸鋰據說可以達到10000個循環。目前，主流的電池制造商在他們的三元電池規格中承諾超過500次(在標準條件下充放電)。然而，電池組裝成電池組后，重要原因是電壓和內阻不能完全相同，循環壽命約為400倍。廠家建議SOC使用窗口為10%-90%，不建議進行深度充放電，否則會對電池的正負結構造成不可逆的損傷。假如采用淺充淺放的計算方法，其循環壽命至少為1000倍。此外，假如在高功率和高溫下持續放電，鋰離子電池的電池壽命可以下降到200次以下。

三元鋰離子電池的優缺點

三元鋰離子電池是一種容量平衡、安全可靠、綜合性能優異的電池。三種金屬元素的重要功能、優缺點如下:

Co3+:減少陽離子混合空間的占用，穩定材料的層狀結構，降低阻抗值，提高導電性，改善循環和倍增器性能。

Ni2+:材料的容量可以新增(材料的體能密度可以新增)。但是，由于鋰和鎳的半徑相似，過多的鎳也會導致鋰和鎳的錯位。

Mn4+:不僅可以降低材料成本，還可以提高材料的安全性和穩定性。但是，假如Mn含量過高，尖晶石相很容易出現，破壞層狀結構，導致電容降低，循環衰減。

高能量密度的最大優勢是三元鋰離子電池,該平臺是一個電池能量密度和電壓的重要指標,決定了電池的基本性能和成本,更高的電壓平臺,具體的容量越大,所以相同的體積,重量,甚至相同的安培小時電池,高電壓平臺三元材料鋰離子電池壽命更長。單三元鋰離子電池的放電電壓平臺高達3.7v，磷酸鐵鋰為3.2v，鈦酸鋰僅為2.3v。因此，從能量密度的角度來看，三元鋰離子電池相關于磷酸鐵鋰、錳酸鋰或鈦酸鋰具有絕對優勢。