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电动汽车动力电池之三元电池

三元锂电池(Ternary Lithium Battery),是指以镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂为正极材料,以石墨为负极材料,以六氟磷酸锂为主的锂盐作为电解质的锂电池。

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。

其正极材料中,镍主要作用是提升电池的体积能量密度,是提升新能源汽车续航里程的主要突破口。钴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)。锰或铝的作用在于降低材料成本,并且可以提高电池的安全性和稳定性。

目前,动力三元主要分为镍钴锰(NCM)和镍钴铝(NCA)两条技术路线。

国内新能源汽车主要配套NCM电池,以方形和软包为主,从早期的镍钴锰比例5:2:3逐渐发展为高镍体系的8:1:1,成本更低、能量密度更高。

相比之下,NCA的性能更加优越。但是,NCA的安全性问题值得考量。NCA在充放电过程存在严重的产气,这会导致电池鼓胀变形,循环及搁置寿命下降,电池存在安全隐患,所以通常采用耐压的圆柱电池壳制作。

能量密度高是三元锂电池的最大优势,而电压平台是电池能量密度的重要指标,决定着电池的基本效能和成本,电压平台越高,比容量越大,所以同样体积、重量,甚至同样安时的电池,电压平台比较高的三元材料锂电池续航时间更长。

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。

总的来说,三元锂电池在容量与安全性方面比较均衡,是一款综合性能优异的电池。

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