在電動(dòng)汽車領(lǐng)域,三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池是兩種主流。它們的物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)不同,所以材料的財(cái)產(chǎn)也不同,導(dǎo)致性能上的差異。
三元鋰電池的優(yōu)點(diǎn)是能量密度高、低溫性能好、充放電密度高、電量估計(jì)準(zhǔn)確,磷酸鐵鋰電池的優(yōu)勢(shì)是成本低、穩(wěn)定。
從材料本身的結(jié)構(gòu)來(lái)看,三元材料在相同數(shù)量的鋰離子下具有更低的分子量,因此其比容量高于鐵鋰,電池的能量密度也更高。
三元材料的晶體結(jié)構(gòu)是層狀的。在充放電過(guò)程中,Li+被嵌入到MO6的層間結(jié)構(gòu)中(Mn=Ni,Mn,Co)。隨著鎳含量的增加,脫嵌Li+增加,三元材料的理論容量和電池能量密度增加。
磷酸鐵鋰晶體呈現(xiàn)三維網(wǎng)狀橄欖石結(jié)構(gòu),形成一維Li+傳輸通道,限制了Li+的擴(kuò)散。同時(shí),八面體FeO6是共頂點(diǎn)連接的,導(dǎo)致電子遷移率比三元層狀結(jié)構(gòu)慢100-1000倍。
三元正極中的鋰離子可以在兩個(gè)不同的方向上移動(dòng),這使得電池比鋰鐵更強(qiáng)大,充電和放電能力更強(qiáng)。
三元鋰離子電池(Lithium-ion Ternary Battery),也稱為鋰離子三元電池,是一種采用三元正極材料的鋰離子電池。它是目前應(yīng)用較廣泛的鋰離子電池類型之一。
三元鋰離子電池由三個(gè)主要組件構(gòu)成:
正極材料:常用的三元電池正極材料是由鎳、鈷和錳的化合物形成,比如鋰鎳鈷錳氧化物(LiNiCoMnO2或NMC)。
負(fù)極材料:負(fù)極材料通常是石墨,用于嵌鋰和釋放鋰離子。
電解液:電解液是電池中正負(fù)極之間的導(dǎo)電介質(zhì),通常是由有機(jī)溶劑和鋰鹽組成。
鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。以前,因?yàn)殇嚱饘俚幕瘜W(xué)性質(zhì)非常活潑,對(duì)加工、保存、使用,環(huán)境要求非常高,所以鋰電池長(zhǎng)期沒有得到應(yīng)用。隨著現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展鋰電池現(xiàn)在已經(jīng)成為了主流。