三元材料是在锂离子电池材料技术发展过程中出现的新型锂电池正极材料,由于具有一些相对优势,锂离子电池三元材料在市场应用上展现出广阔的前景。钴酸锂的优点明显,但钴金属的价格高昂,锰酸锂的优点是倍率性能好,成本低,但耐高温性能和循环性能不佳,锂离子电池三元材料则是综合二者的优点,力求在成本和性能方面达到高的性价比。
三元锂离子电池到底是哪三元?三元锂离子电池的“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,在三元锂离子电池中做正极。三者缺一不可,在电池内部发挥的用途。
钴,元素符号Co,原子序数27,原子量58.9332,密排六方晶体,在周期表中位于第4周期、第Ⅷ族,常见化合价为+2、+3。钴是具有光泽的钢灰色金属,比较硬而脆,有铁磁性,加热到1150℃时磁性消失。在常温下不和水作用,在空气中加热至300℃以上时氧化生成CoO,在白热时燃烧成Co3O4。
钴是具有光泽的钢灰色金属,熔点1493℃、比重8.9,比较硬而脆,钴是铁磁性的,在硬度、抗拉强度、机械加工性能、热力学性质、的电化学行为方面与铁和镍相类似。加热到1150℃时磁性消失。
铁和镍一样,钴是铁磁性的,虽然铁在铁磁性元素中具有高的磁化强度,而钴却是可以增大此磁化强度的元素,纯铁的磁化强度为21500Gs,而组成为65%Fe、35%Co的合金其磁化强度却可高达到24·300Gs。钴的更的磁性已知高的居里点1121℃,已发展出多种多样的特种的钴钢和钴合金材料。
三元聚合物锂电池是指正极材料使用锂镍钴锰或者镍钴铝酸锂的三元正极材料的锂电池,锂离子电池的正极材料有很多种,主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。其中磷酸铁锂作为正极材料的电池充放电循环寿命长,但其缺点是能量密度、高低温性能、充放电倍率特性均存在较大差距,且生产成本较高,磷酸铁锂电池技术和应用已经遇到发展的瓶颈;锰酸锂电池能量密度低、高温下的循环稳定性和存储性能较差,因而锰酸锂仅作为国际第1代动力锂电的正极材料;而多元材料因具有综合性能和成本的双重优势日益被行业所关注和认同,逐步磷酸铁锂和锰酸锂成为主流的技术路线。三元材料的电芯代替了广泛使用的钴酸锂电芯,在笔记本电池领域广泛使用。
三元锂电池是指采用镍钴锰三种过渡金属氧化物为正极材料的锂二次电池。它充分综合了钴酸锂良好的循环性能、镍酸锂的高比容量和锰酸锂的高安全性及低成本等特点,利用分子水平混合、掺杂、包覆和表面修饰等方法合成镍钴锰等多元素协同的复合嵌锂氧化物。是目前被广泛研究和应用的一种锂离子可充电电池。
从材料来看,三元锂电池的“三元”指的是包含镍Ni、钴、锰或铝三种金属元素的聚合物,在三元锂电池中做正极。三者缺一不可,这其中每个元素都发挥着重要作用,同时每个元素的特点也制约着电池性能。从结构上来讲,三元锂电池的能量密度高、充放电。同时其也有不耐高温的特性,因此,安全性较差和循环寿命较短是三元锂电池的主要短板,尤其是安全性能,是一直限制其大规模配组,和大规模集成应用的一个主要因素。大量实测表明,容量较大的三元电池很难通过针刺和过充等安全性测试,这也是大容量电池中一般都要多引入锰元素,甚至混合锰酸锂一起使用的原因。
三元锂离子电池由于采用了钴元素,其采矿和提炼过程可能会带来环境和社会问题。因此,在推广和使用三元锂离子电池时,需要关注可持续发展的原则,并积极寻求回收和再利用的方法,以减少对环境的影响。
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