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磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池哪個好?

鋰電池發展到目前,市場上主要流行的鋰電池有磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池這兩種,在這樣的情況下,三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池哪個好?是許多對電池有需求的朋友需要了解的問題,下面就來看看這兩者哪個好。

三元鋰電池聚合物在能量密度比方面優于磷酸鐵鋰電池,而在環境溫度適應和穩定性方面磷酸鐵鋰電池則勝于三元聚合物鋰電池。由此可見這兩種電池各有優勢,具體要看產品使用環境情況。

磷酸鐵鋰電池

一、磷酸鐵鋰電池

磷酸鐵鋰電池:原材料磷、鐵存在于地球的資源含量豐富,供料渠道少受限制。電壓適中(3.2V)、單位重量下電容量大(170mAh/g)、高放電功率、可快速充電且循環壽命長,在高溫與高熱環境下的穩定性高于其他類型的電池。

磷酸鐵鋰電池優點:相比目前市面上較為常見的鉆酸鋰和錳酸鋰電池來說,磷酸鐵鋰電池至少具有以下五大優點:更高的安全性、更長的使用壽命、不含稀有金屬和強污染的重金屬、支持快速充電、工作溫度范圍廣。

1、超長壽命,長壽命鉛酸電池的循環壽命在300次左右,最高也就500次,國產有的磷酸鐵鋰動力電池,循環壽命達到2000次以上,標準充電(s小時率)使用,可達到2000次。同質量的鉛酸電池是新半年、舊半年、維護維護又半年,最多也就1-15年時間,而磷酸鐵鋰電池在同樣條件下使用,將達到,一8年。綜合考慮,性能價格比將為鉛酸電池的:倍以上。

2、使用安全,磷酸鐵鋰完全解決了鉆酸鋰和錳酸鋰的安全隱患問題,鉆酸鋰和錳酸鋰在強酬購噻撐金高集馨雄到消常煮鮑生愈客鑫構成威脅,而磷酸鐵鋰以經過嚴格的安全測

3、可大電流ac快速充放電,在專用充電器下,15c充電0分鐘內即可使電池充滿,起動電流可達c,而鉛酸電池現在無此性能。

4、耐高溫,磷酸鐵鋰電熱峰值可達350℃-500℃而錳酸鋰和鉆酸鋰只在200℃左右。

5、大容量。

6、無記憶效應。.七、綠色環保。

磷酸鐵鋰電池缺點:磷酸鐵鋰存在振實密度與壓實密度偏低的缺點,導致鋰離子電池的能量密度欠佳;材料的制備成本與電池的制造成本較高,電池成品率低。

1、在磷酸鐵鋰制備時的燒結過程中,氧化鐵在高溫還原性氣氛下存在被還原成單質鐵的可能性。單質鐵會引起電池的微短路,是電池中最忌諱的物質。這也是日本一直不將該材料作為動力型鋰離子電池正極材料的主要原因。

2、磷酸鐵鋰存在一些性能上的缺陷,如振實密度與壓實密度很低,導致鋰離子電池的能量密度較低。低溫性能較差,即使將其納米化和碳包覆也沒有解決這一問題。美國阿貢國家實驗室儲能系統中心主任DonHillebrand博士談到磷酸鋰鐵電池低溫性能的時候,他用terrible來形容,他們對磷酸鐵鋰型鋰離子電池測試結果表明表明磷酸鐵鋰電池在低溫下(0℃以下)無法使電動汽車行駛。盡管也有廠家宣稱磷酸鋰鐵電池在低溫下容量保持率還不錯,但是那是在放電電流較小和放電截止電壓很低的情況下。在這種狀況下,設備根本就無法啟動工作。

3、材料的制備成本與電池的制造成本較高,電池成品率低,一致性差。磷酸鐵鋰的納米化和碳包覆盡管提高了材料的電化學性能,但是也帶來了其它問題,如能量密度的降低、合成成本的提高、電極加工性能不良以及對環境要求苛刻等問題。盡管磷酸鐵鋰中的化學元素Li、Fe與P很豐富,成本也較低,但是制備出的磷酸鐵鋰產品成本并不低,即使去掉前期的研發成本,該材料的工藝成本加上較高的制備電池的成本,會使得最終單位儲能電量的成本較高。

4、產品一致性差。目前國內還沒有一家磷酸鐵鋰材料廠能夠解決這一問題。從材料制備角度來說,磷酸鐵鋰的合成反應是一個復雜的多相反應,有固相磷酸鹽、鐵的氧化物以及鋰鹽,外加碳的前驅體以及還原性氣相。在這一復雜的反應過程中,很難保證反應的一致性。

5、知識產權問題。目前磷酸鐵鋰的基礎專利被美國德州大學所有,而碳包覆專利被加拿大人所申請。這兩個基礎性專利是無法繞過去的,如果成本中計算上專利使用費的話,那產品成本將會進一步提高。

二、三元鋰電池

三元聚合物鋰電池:正極材料使用鎳鉆錳酸鋰(Li(NiCoMn)O2)三元正極材料的鋰電池,特指的是正極是三元,負極是石墨“三元動力電池”。而另一種正極是三元,負極是鈦酸鋰的,則通常被稱為“鈦酸鋰”,不屬于普通所說的“三元材料。”

1、三元鋰電池優點:

三元鋰電池能量密度高,循環性能好于正常鉆酸鋰。目前,隨著配方的不斷改進和結構完善,電池的標稱電壓已達到3.7V,在容量上已經達到或超過鉆酸鋰電池水平。

LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正極材料具有與LiCoO2相似的單一的基于六方晶系的a-NaFeO2型層狀巖鹽結構,空間點群為R3m。鋰離子占據巖鹽結構(111)面的3a位,過渡金屬離子占據3b位,氧離子占據6c位,每個過渡金屬原子由6個氧原子包圍形成MO6八面體結構,而鋰離子嵌入過渡金屬原子與氧形成的Ni1/3Co1/3Mn1/3O層。因為二價鎳離子的半徑(0.069nm)與鋰離子的半徑(0.076nm)

相接近,所以少量鎳離子可能會占據3a位,導致陽離子混合占位情況的出現,而這種混合占位使得材料的電化學性能變差。通常在XRD中,將(003)/(104)峰的強度比以及(006)/(012)和(018)/(110)峰的分裂程度作為陽離子混合占位情況的標志。一般情況下,(003)/(104)峰的強度比高于1.2,且(006)/

(012)和(018)/(110)峰出現明顯分裂時,層狀結構明顯,材料的電化學性能優良。LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的晶胞參數a=2.8622A、c=14.2278A。在晶格中鎳、鉆、錳分別以+2、+3、+4價存在,同時也存在少量的Ni3+和Mn3+,在充放電過程中,除了有Co3+/4+的電子轉移外,還存在Ni2+/3+和Ni3+的電子轉移,這也使得材料具有了更高的比容量。Mn4+只是作為一種結構物質而不參與氧化還原反應。Koyama等提出2個描述LiNi1sCou3Mnm3O2晶體結構模型,即具有

[v3xV3]R30°型超結構[Ninaco1sMn1]層的復雜模型,晶胞參數a=4.904

A.c=13.884A.晶格形成能為-0.17eV和CoO2、NiO2和MnO2層有序堆積的簡單模型,晶格形成能為+0.06eV。因此,在合適的合成條件下,完全可以形成第一種模型,這種晶型在充放電過程中可以使晶格體積變化達到最小,能量有所降低,有利于晶格保持穩定。

三元材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的電化學性能及熱穩定性

LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2作為鋰離子電池正極材料,具有較高的鋰離子擴散能力,理論容量達278mAh/g,在充電過程中,在3.6V~4.6V之間有兩個平臺,一個在3.8V左右,另一個在4.5V左右,主要歸因于Ni2+/Ni4+和Co3+/Co4+的2個電對,且容量可達250mAh/s為理論容量的91%。在2.3V~4.6V電壓范圍內,放電比容量為190mAh/g,100次循環后,可逆比容量比190mAh/g還要多。在2.8V~4.3V、

2.8V~4.4V和2.8V~4.5V電位范圍內進行電性能測試,放電比容量分別為159

mAh/g、168 mAh/g和177 mAh/g且在不同溫度下(55℃、75℃、95℃)和不同倍率放電時充放電,材料的結構變化均較小,具有良好的穩定性,高溫性能良好,但低溫性能有待改進。

鋰離子電池的安全性一直都是商業化的一個重要衡量標準,在充電狀態下與電解液的熱效應是正極材料是否適用于鋰離子電池的關鍵。

DSC測試結果表明,充電后的LiNi1gCo1gMn1/3O2在250~350℃未發現尖峰,LiCoO2在160℃和210℃有2個放熱尖峰,LiNiO2在210℃有一個放熱尖峰。三元材料在這個溫度范圍內也有一些放熱和吸熱反應,但反應要溫和得多。

2、三元鋰電池缺點:

三元材料動力鋰電池主要有鎳鉆鋁酸鋰電池、鎳鉆錳酸鋰電池等,高溫結構不穩定,導致高溫安全性差,且pH值過高易使單體脹氣,進而引發故障,現時條件下造價也不低。

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