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电动车常说的三元锂电池,究竟是哪三元?

选购电动车的朋友都听说三元锂电池的大名,常见的北汽新能源、比亚迪、特斯拉等都采用了这种电池。那么,三元锂电池究竟为什么叫三元锂电池?三元究竟指的又是哪三元呢?三种元素之间又有什么关系?今天我们就来解决这一疑问。

选购电动车的朋友都听说三元锂电池的大名,常见的北汽新能源、比亚迪、特斯拉等都采用了这种电池。那么,三元锂电池究竟为什么叫三元锂电池?三元究竟指的又是哪三元呢?三种元素之间又有什么关系?今天我们就来解决这一疑问。

为什么叫三元锂电池?哪三元?

三元锂电池其全称为“正极材料使用镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂等三元聚合物的锂离子二次电池”,其中三元指的是包含镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)或铝(Al)三种金属元素的聚合物,在三元锂电池中做正极;锂指的是电解质主要为六氟磷酸锂的电解液,而负极材料一般为石墨。

关于锂电池的命名

常见的命名有以下两种:
① 以电池中最主要的元素来命名。
② 以电池最核心的反应机理或特征来命名,比如强调可折叠特性的柔性电池

由于锂电池中的正极材料往往是决定了其能量密度,对于锂电池来说这是最重要的一个特性,因此用正极材料来命名的情况最多,咱们常说的三元锂电池、磷酸铁锂电池就属于这一类。

三种元素之间有什么关系?

三元锂之所以被发扬光大,当然不仅仅是因为这个名字好听好记,更是由于镍钴锰(或铝)这三种金属元素的聚合物在电池内部发挥了巨大的作用。那么,这三种金属元素都有起到了什么作用呢?

1.镍饼

镍是副族中的活性金属,主要作用是提升电池的体积能量密度,是提升续航里程的主要突破口,但含量过多会导致镍离子占据锂离子位置(镍氢混排),导致容量下降。

锂电材料镍饼

2.钴粉

钴也是副族中的活性金属,其可以抑制阳离子的混排,从而提高起到提升稳定性和延长电池的寿命的作用,此外,其也决定了电池的充放电速度和效率(倍率性能),但过高的钴含量会导致实际容量降低。

电池材料钴粉

3.铝或锰

锰或铝的作用在于降低材料成本,毕竟上面提到的镍和钴都是十分昂贵的稀有金属,并且可以提高电池的安全性和稳定性。

在三元锂电池的正极材料中,镍、钴、锰(或铝)这三种金属元素缺一不可,多一个或者少一个都会影响其最终的表现或做不成电池,但我们根据自己的需求,适当调节锂电池中镍、钴、锰(或铝)的混合比例(摩尔比),来让锂电池表现出不一样的特性。

锂电材料铝锰

镍钴锰(或铝)怎样混合才能让我跑得更远?

很镍是三元锂电池中决定能量密度的元素,要想跑得更远,提高它的含量就是;如果想要三元锂电池成本更便宜,增大锰或铝的比值就对了。

根据正极材料中镍钴锰(或铝)3种元素的混合比例不同,我们可以将三元锂电池分为不同的体系:

如镍:钴:锰比例为:1:1:1的333体系;

或者8:1:1的高镍811体系等。

简单概括一下就是第一个数字越高,跑得越远,但成本越高,安全性也越低;最后一个数字越高,跑得越近,也最便宜。

三元锂电池材料比例

要想跑得更远且更安全,那就势必要增加镍和钴在三元材料中的比值,不过,你也必须承担镍化学性能活泼带来的安全隐患和钴稀有金属带来的高昂成本,鱼和熊掌不可兼得。

稿件来源:锂电世界  
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