三元鋰電池有何優(yōu)缺點(diǎn)?聚合物鋰電池、鋰離子電池有何差異?

鋰電池是日常生活中常使用的電池類型之一，鋰電池也是應(yīng)用范圍最廣的電池。為增進(jìn)大家對(duì)鋰電池的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)三元鋰電池予以介紹，主要內(nèi)容在于闡述三元鋰電池的優(yōu)缺點(diǎn)，以及聚合物鋰電池和鋰離子電池的認(rèn)識(shí)。如果你對(duì)鋰電池具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、三元鋰電池的優(yōu)缺點(diǎn)

三元電池，三元聚合物電池或是三元聚合物鋰電池等指的是三元鋰電池，那三元鋰電池是什么呢?這就要先說制造三元鋰電池用的三元材料LiNi1/3Co1/3Mn1/302了。

(1)三元鋰電池優(yōu)點(diǎn)：

三元鋰電池能量密度高，循環(huán)性能好于正常鉆酸鋰。目前，隨著配方的不斷改進(jìn)和結(jié)構(gòu)完善，電池的標(biāo)稱電壓已達(dá)到3.7V，在容量上已經(jīng)達(dá)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(jié)構(gòu)，空間點(diǎn)群為R3m。鋰離子占據(jù)巖鹽結(jié)構(gòu)(111)面的3a位，過渡金屬離子占據(jù)3b位，氧離子占據(jù)6c位，每個(gè)過渡金屬原子由6個(gè)氧原子包圍形成MO6八面體結(jié)構(gòu)，而鋰離子嵌入過渡金屬原子與氧形成的Ni1/3Co1/3Mn1/3O層。因?yàn)槎r(jià)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(huì)占據(jù)3a位，導(dǎo)致陽離子混合占位情況的出現(xiàn)，而這種混合占位使得材料的電化學(xué)性能變差。通常在XRD中，將(003)/(104)峰的強(qiáng)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(biāo)志。一般情況下，(003)/(104)峰的強(qiáng)度比高于1.2，且(006)/(012)和(018)/(110)峰出現(xiàn)明顯分裂時(shí)，層狀結(jié)構(gòu)明顯，材料的電化學(xué)性能優(yōu)良。LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的晶胞參數(shù)a=2.8622A、c=14.2278A。在晶格中鎳、鉆、錳分別以+2、+3、+4價(jià)存在，同時(shí)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(zhuǎn)移外，還存在Ni2+/3+和Ni3+的電子轉(zhuǎn)移，這也使得材料具有了更高的比容量。Mn4+只是作為一種結(jié)構(gòu)物質(zhì)而不參與氧化還原反應(yīng)。Koyama等提出2個(gè)描述LiNi1sCou3Mnm3O2晶體結(jié)構(gòu)模型，即具有[v3xV3]R30°型超結(jié)構(gòu)[Ninaco1sMn1]層的復(fù)雜模型，晶胞參數(shù)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(jiǎn)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(dá)到最小，能量有所降低，有利于晶格保持穩(wěn)定。

三元材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的電化學(xué)性能及熱穩(wěn)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(kuò)散能力，理論容量達(dá)278mAh/g，在充電過程中，在3.6V～4.6V之間有兩個(gè)平臺(tái)，一個(gè)在3.8V左右，另一個(gè)在4.5V左右，主要?dú)w因于Ni2+/Ni4+和Co3+/Co4+的2個(gè)電對(duì)，且容量可達(dá)250mAh/s為理論容量的91%。在2.3V~4.6V電壓范圍內(nèi)，放電比容量為190mAh/g，100次循環(huán)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(nèi)進(jìn)行電性能測(cè)試，放電比容量分別為159mAh/g、168mAh/g和177mAh/g且在不同溫度下(55℃、75℃、95℃)和不同倍率放電時(shí)充放電，材料的結(jié)構(gòu)變化均較小，具有良好的穩(wěn)定性，高溫性能良好，但低溫性能有待改進(jìn)。

鋰離子電池的安全性一直都是商業(yè)化的一個(gè)重要衡量標(biāo)準(zhǔn)，在充電狀態(tài)下與電解液的熱效應(yīng)是正極材料是否適用于鋰離子電池的關(guān)鍵。

DSC測(cè)試結(jié)果表明，充電后的LiNi1gCo1gMn1/3O2在250~350℃未發(fā)現(xiàn)尖峰，LiCoO2在160℃和210℃有2個(gè)放熱尖峰，LiNiO2在210℃有一個(gè)放熱尖峰。三元材料在這個(gè)溫度范圍內(nèi)也有一些放熱和吸熱反應(yīng)，但反應(yīng)要溫和得多。

(2)三元鋰電池缺點(diǎn)：

三元材料動(dòng)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(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，導(dǎo)致高溫安全性差，且pH值過高易使單體脹氣，進(jìn)而引發(fā)故障，現(xiàn)時(shí)條件下造價(jià)也不低。

二、鋰離子電池和聚合物鋰電池的差異

1、原材料不同，鋰離子電池的原材料為電解液(液體或膠體);聚合物鋰電池的原材料為電解質(zhì)有高分子電解質(zhì)(固態(tài)或膠態(tài))和有機(jī)電解液。

2、安全性方面不同，鋰離子電池在高溫高壓的環(huán)境中簡(jiǎn)單爆破;聚合物鋰電池選用鋁塑膜做外殼，當(dāng)內(nèi)部選用有機(jī)電解質(zhì)時(shí)，即便液體很熱也不爆破。

3、塑形不同，聚合物電池能夠做到薄形化、恣意面積化和恣意形狀化，原因在于其電解質(zhì)可固態(tài)可膠態(tài)而非液態(tài)，鋰電池則選用電解液，需要一個(gè)堅(jiān)固的外殼作為二次包裝包容電解液。

4、電芯電壓不同，因?yàn)榫酆衔镫姵剡x用高分子材料，可在電芯里做成多層組合到達(dá)高電壓，而鋰電池電芯標(biāo)稱容量是3.6V，要想在實(shí)踐運(yùn)用中到達(dá)高電壓，則需要將多個(gè)電芯串聯(lián)在一起才能形成抱負(fù)的高電壓作業(yè)平臺(tái)。

5、制作工藝不同，聚合物電池越薄越好出產(chǎn)，鋰電池越厚越好出產(chǎn)，這使得鋰電池在應(yīng)用上可拓寬領(lǐng)域更多。

6、容量，聚合物電池的容量并無有用提升，與規(guī)范容量的鋰電池相比還有所削減。

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