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动力锂电池采用高容量正极材料的介绍

2022.9.14

  正极材料的容量和电压是限制电池能量密度最重要的因素,正极材料的质量占到单体电池的40%~45%,因此采用高工作电压和高容量的正极材料能够显著提升电池的能量密度。

  三元镍钴锰酸锂(NCM)材料可通过调配镍、钴、锰三者比例,从而获得不同材料特性,目前三元锂离子电池重要应用是NCM111和NCM523。而三元材料镍钴锰比例从1:1:1、5:2:3到6:2:2、8:1:1,能够将电极材料的克容量提高,使得高镍三元材料高容量备受关注。一般来说三元材料中含镍比例越高,材料单位质量所贡献的能量越多,其制备的电池能量密度越高,但是电池的循环性能和稳定性有所下降。

  镍钴铝酸锂(NCA)是高镍三元材料的另一种,高含量的镍元素使得NCA比容量较高,达到190Ah/kg,是最具发展前景的高能量密度锂离子电池正极材料之一。镍钴铝酸锂的结构类似于三元NCM811体系,但掺铝后材料的稳定性和循环性能更好,目前已经成功应用在电动汽车上。

  特斯拉顶配的ModelS使用的电池为松下电池,其正极材料即为NCA,其单体电池容量达3100mAh,其比能量达250Wh/kg,使得ModelS续航里程达到480km。虽然NCA锂离子电池有优越的电池性能,但是生产技术门槛高。NCA材料在制备技术上难度较大、材料生产成本高、生产设备要求特殊及电池设计和制造难度较高,国内目前只有少数厂家进行小批量生产。

  另外,高压钴酸锂通过电压的提升来新增能量密度,但钴的价格较高,不适合用于对电池成本比较敏感的汽车电池中;富锂三元具有较高的比容量,磷酸锰铁锂提高了电压平台,均有望应用于动力锂离子电池中,但此类正极材料的技术成熟度上仍然不够,要进行进一步的研究和产业化验证。

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