锂电池的分类与特点

在锂电池行业,可反复充电的锂离子电池(下文简称“锂电池”),依据正极材料的不同,主要划分为以下几大类:LiCoO2钴酸锂 (LCO); LiFePO4磷酸铁锂(LFP);LiMn2O4锰酸锂(LMO);LiNixCoyMn(1-x-y)O2镍钴锰/ LiNixCoyAl(1-x-y)O2镍钴铝三元锂 (NCM/NCA)


(1)钴酸锂(LCO)电池:钴酸锂(LCO)作为正极材料的锂离子电池得到了快速的商业化普及,大规模应用到手机、MP3/MP4、笔记本 电脑、蓝 牙设备、平板电脑、电动工具等各种便携式电子设备。


(2)磷酸铁锂(LFP)电池:具有橄榄石结构的磷酸铁锂(LFP),比其他的正极材料更具稳定性, 2004年,磷酸铁锂材料引入中国 ,由于其 独特的热稳定性和安全性,特别适用于新能源汽车领域,得到了比亚迪的大力推广应用,并得到了国轩高科、力神、宁德时代 等企业的跟进。


(3)锰酸锂(LMO)电池:锰酸锂材料(LMO),由于成本低廉,热稳定性高、耐过充性能好、高工作电压的四大特性,是锂电池企业 研究的热 点。截止到2020年底,国内锂电池公司在锰酸锂电池方面也做了多年探索,并在新能源汽车、两轮电动车等领域实现了大规模 商业化应用。


(4)三元锂(NCM/NCA)电池:综合了钴酸锂(LCO)循环性能好,镍酸锂(LNO)高比容量和锰酸锂(LMO)成本低安全性能好的优点 。本世纪 初,得益于对高能量密度、长寿命电池的需求,以镍钴锰材料(NCM)和镍钴铝材料(NCA)为正极的锂电池得到大规模商业化 应用。尤其是在追求长续航里程的新能源汽车领域, NCM/NCA三元锂电池得到了大规模普及,特斯拉采用松下的NCA三元锂电池,宝马、 大众等公司采用了三星、LG的NCM三元锂电池,国内的企业普遍走NCM三元锂路线。


锰酸锂、三元锂、磷酸铁锂优缺点比较:在锂电池的四大主要材料中,由于钴酸锂(LCO)材料当中金属钴的含量最高,钴是稀有金 属,产地集 中,价格昂贵,所以钴酸锂电池的成本也是最高的,只适合做成小电池,满足便携式电子设备的需求,不适合做成大电池, 应用于动力和储能领域。在大动力(四轮汽车)和小动力 (两轮/三轮)领域,锰酸锂、三元锂、磷酸铁锂都有大规模的应用,通过仔细 分析它们的优缺点,才能把握未来的发展趋势。


(1)锰酸锂(LMO)电池:锰酸锂材料的突出优点是安全性好、成本低。锰酸锂不含金属钴,所以材料成本是比较低的,制备锰酸锂的二氧化锰 ,储量丰富,分布广泛,成本低廉,这对锰酸锂电池的推广应用有很大帮助。其次,锰酸锂的热管定性好,高温下也不容易分解和热失控,安全性能好,特别适合于对安全性要求较高 的动力领域。锰酸锂电池的主要缺点是高温性能差,循环寿命短,高温下容易发生正极材料的溶解,导致电池的容量出现快速下降,循环寿命快速衰减。与此对应,锰酸锂的低温性能 很好,在零下30℃仍能保持较好的活性,可进行充放电使用。所以锰酸锂电池不太适合温度较高的南方地区,比较适合长期气温偏低,冬季寒冷的北方地区。此外,锰酸锂的倍率性能 好,也适合主打快充产品的市场,当然必须得解决散热问题,否则循环寿命衰减太快,会导致充电速度越快,寿命越短。


(2)三元锂(NCM/NCA)电池:三元锂材料的突出优点是比能量密度高。在三种材料中,三元锂的比能量密度是最高的,比如811材料 的三元锂 电池,单体能量密度可以达到300Wh/kg,几乎是锰酸锂和磷酸铁锂的两倍,具有碾压性的优势。所以三元锂电池特别适合于体 积小、重量轻的应用场景,可获得最多的能量存储和最 远的续航里程,比如纯电动乘用车、电摩等。三元锂的低温特性与锰酸锂相似, 在低温下仍能保持较好的活性,而高温性能明显好于锰酸锂,在高温下工作,循环寿命不会出现快速 衰减。所以三元锂的工作温度范围 很宽,可满足南方和北方的各种气候情况。三元锂材料的突出缺点是成本高,安全性差。因为钴、镍、铝的价格都比较贵,所以三元锂 材料的价格 始终居高不下,在民用级市场推广存在很大的价格劣势。三元锂材料,在高温下的稳定性很差,遇热容易分解并释放氧气, 引起电池热失控,发生燃烧或爆炸。镍含量越高的三元锂 电池,能量密度越高,但是安全性也越差,所以能量密度和安全性在三元材料 上是非常矛盾的。因为成本和安全性两个阻碍,三元锂电池的应用有很大的局限性。


(3)磷酸铁锂(LFP)电池:磷酸铁锂材料的突出优点是成本低、寿命长、安全性好。得益于其优异的热稳定性和结构稳定性,磷酸 铁锂电池 的安全性明显好于三元锂。因为铁元素储量巨大,磷酸铁锂的价格是各种正极材料当中最便宜的。在循环寿命方面,磷酸铁锂 也具有明显的优势,储能用的长寿命磷酸铁锂电池,循 环寿命可以达到6000~8000次循环,动力用的磷酸铁锂电池,循环寿命也可以达到 3000次上下,这一点是锰酸锂和三元锂不能比拟的。


力朗电池研发制造的26650磷酸铁锂电池,由于具有高安全性、高一致性、长循环等显著技术与性能优势及非常高的性价比能力,得 到了国际、 国内一流厂商的广泛应用。

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