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高压锂离子电池发展现状和技术应用详解

2021-01-21 15:58
造始于智
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随着全球多样化的发展,我们的生活也在不断变化着,包括我们接触的各种各样的电子产品,那么你一定不知道这些产品的一些组成,比如高压锂离子电池

什么是高压锂离子电池?

高压电池是指电池电压比较相对于普通电池来说比较高的电池。根据电池电芯和电池组来可分为两种,从电池电芯的电压上来定义高压电池,这方面主要是针对锂电池,目前锂电池电芯电池的种类主要有高压锂电池电芯和低压锂电池电芯。

目前,锂钴氧化物作为一种高压阳极材料得到了广泛的研究和应用。该结构为非nafeo2型,更适合锂离子的插入和弹出。氧化钴锂的理论能量密度为274mAh/g,生产工艺简单,电化学性能稳定,市场占有率高。

高压锂离子电池的发展

随着用电设备对锂离子电池容量要求的不断提高,人们对锂离子电池能量密度提升的期望越来越高。特别是智能手机、平板电脑、笔记本电脑等各种便携设备,对体积小、待机时间长的锂离子电池提出了更高的要求。同样在其他用电设备,如:储能设备、电动工具、电动汽车等也在不断开发出质量更轻、体积更小、输出电压和功率密度更高的锂离子电池,所以发展高能量密度的锂离子电池是锂电池行业的重要研发方向。

高压锂离子电池技术应用

在实际应用中,只有部分锂离子可以被可逆地嵌入和喷出,实际能量密度约为167mAh/g(工作电压为4.35v)。提高工作电压可以显著提高能量密度。例如,将工作电压从4.2v提高到4.35v,可以使能量密度提高16%左右。

高压锂电池电芯能量密度比较高,安全性能要比低压低,但它的放电平台比较高,在同等容量下,在体积和重量方面,高压电池要比低压电池要轻些。

高电压锂离子电池随着电压的提升,在使用过程中某些安全性能会降低,因此在动力汽车上还没有批量使用。目前动力汽车所用电池正极材料主要还是以三元材料、磷酸铁锂为主。为了提升能量密度满足需求,一般选择811NCM和NCA等高镍正极材料、高容量硅碳负极或提高电池空间的利用率等方式来提升其能量密度和续航能力

电流高电压对钴酸锂材料被用在高能量密度电池,如高端手机电池制造商越来越高的电池性能的要求,重要体现在需求更高的能量密度,如碳要求4.35V电池阴极的能量密度大约660wh/L,4.4V的电池已达到约740wh/L,这要阳极材料具有较高的压实密度,较高的空体积,以及材料在高压和高压下的结构有较好的稳定性。但氧化钴锂电极材料存在钴资源匮乏、价格昂贵、钴离子具有一定毒性等缺点,限制了其在动力锂电池中的广泛应用。

高压电池和低压电池在放电倍率方面来说,高压锂电池要比低压锂电池放电倍率更高,动力更强,因此高压电池电芯理论上来说应该比较适合应用在需要高倍率放电的产品设备上,才能更好的发挥其优势。

在研究设计过程中,一定会有这样或着那样的问题,这就需要我们的科研工作者在设计过程中不断总结经验,这样才能促进产品的不断革新。

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