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三元锂离子电池是哪三元?三元锂离子电池的三元材料介绍

三元锂离子电池能量密度高、循环寿命长、不惧低温;高温下稳定不足。能量密度可达最高,但高温性相对较差,关于续航里程有要求的纯电动汽车,其是主流方向,且适合北方天气,低温时电池更加稳定。特斯拉公布的Model3,即采用松下的21700型三元圆柱形电池。

缺点就是三元材料的脱氧温度是200℃,并且无法通过针刺实验,表明三元电池在内部短路、电池外壳损坏的情况下,容易引发燃烧、爆炸等安全事故。

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,在电池内部发挥巨大的用途。

镍:重要用途是提升电池的体积能量密度,是提升续航里程的重要突破口,但含量过多会导致镍离子占据锂离子位置(镍氢混排),导致容量下降。

钴:抑制阳离子的混排,用以提升稳定性和延长电池的寿命,此外,也决定了电池的充放电速度和效率(倍率性能),但过高的钴含量会导致实际容量降低。

铝或锰:钴是十分昂贵的稀有金属成本高昂,锰或铝的用途在于降低正极材料成本,同时提升电池的安全性和稳定性。

为了提高三元锂离子电池的容量,就要提高正极中镍的比例。所以镍的比例在不断提高,从早期的NCM111,到近两年的NCM523、NCM611,再到今年纷纷上马的NCM811,电池能量密度越来越大,镍用得也是越来越生猛。

镍用得多,钴和锰的比例必然会减少。电池的寿命和稳定性是不是会受影响?理论上会,但现在三元锂离子电池主角无疑就是“高镍”的三元锂离子电池。这一方面是政策原因,续航里程长、电池能量密度高的电动汽车,能拿到的财政补贴就多;另一方面是各汽车厂商要抢风头,搞续航里程竞赛,好像谁家的车续航长,谁家的技术就先进。

随着补贴政策的“退坡”和退出,三元锂离子电池的“高镍”冲动可能会冷静一下。而随着磷酸铁锂技术的进步,与三元锂互争雄长也在意料之中。比亚迪八月份透露,将推出的全新一代铁锂离子电池,体积比能量密度将提升50%,寿命长达8年120万公里,成本还可以节约30%。有分析说,磷酸铁锂的能量密度有望与622三元锂离子电池媲美,诚如此,再有安全性好、寿命长、成本低的加持,磷酸铁锂离子电池未尝不会再回舞台中央。

磷酸铁锂离子电池和三元锂离子电池,不能简单说哪种好,只能说各擅胜场。磷酸铁锂离子电池胜在寿命长、安全性好、成本低,但能量密度和低温性能稍逊;三元锂离子电池胜在能量密度大,存电多,但安全性和寿命稍逊。

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