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    发表时间/2022-09-29
  • 三元锂电池的结构特点

    三元锂电池采用锂金属作为正极材料,采用 NCA/NCA结构相组成,其结构特点是在负极上用金属锂代替 NCA材料。由于正极材料是三元材料的最重要组成部分,因而所占空间也最大,而负极材料起着保护作用。在电池包底部还安装了电池壳体,主要由外壳和隔膜组成。隔膜中含有硅烷交联剂,起到隔开正极层和负极侧的电荷交换作用,因此隔膜的性能对电池的容量和安全性有很大影响。另外锂金属是很好的导电介质,具有良好的导热性。三元锂电池对锂离子和金属锂分子之间形成一层牢固且不溶解的保护膜就很重要了。


    随着电动车的发展,动力电池市场的需求不断增长。三元锂电池虽然价格便宜,但是容量小、循环寿命短、安全性差等缺点依然存在。随着新能源汽车市场越来越火热,三元锂电池产业也成为发展的重要方向。在电动汽车中三元锂电池主要包括锂电池正极材料(LiFSI)、隔膜(LiFPC)、电解液(LiCO2-LiCO2-LiFEC)以及隔膜(LiCo2-LiCo2-LiCo2-LiCo2-LiCl);除了锂电池正极材料以外还包括电解液、隔膜、电解液添加剂、保护层、负极材料和电解液等部分组合而成的电池包。


    一、三元锂电池的结构

    锂电池的正极材料一般由碳酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂和镍氢电池构成;负极材料一般由镍氢电池正极和镍钴电池负极构成;隔膜一般由丙烯酸组成;电解液一般由矿物油和溶剂组成。通过不同结构来保证电池性能稳定的,是电极材料和电解液。电极材料是一种高分子化合物(如聚丙烯腈),它具有高度的比表面积和高化学活性,而电解液则是一种液体的混合物,它具有良好的化学稳定性和电解质溶液的流动性,并且易于控制粘度和酸碱度。隔膜可分为微孔隔膜和蜂窝隔膜两种。微孔隔膜一般用于锂离子电池包;蜂窝隔膜是用于电动车电池包中的隔膜;蜂窝隔膜是用于汽车充电电池包中的电容器包。


    二、三元锂电池结构特点

    三元锂电池采用锂金属作为正极材料,采用 NCA/NCA结构相组成,其结构特点是在负极上用金属锂代替 NCA材料。由于正极材料是三元材料的最重要组成部分,因而所占空间也最大,而负极材料起着保护作用。在电池包底部还安装了电池壳体,主要由外壳和隔膜组成。隔膜中含有硅烷交联剂,起到隔开正极层和负极侧的电荷交换作用,因此隔膜的性能对电池的容量和安全性有很大影响。另外锂金属是很好的导电介质,具有良好的导热性。三元锂电池对锂离子和金属锂分子之间形成一层牢固且不溶解的保护膜就很重要了。


    三、三元锂电池产业化情况

    目前,全球有十多家企业在研发三元锂电池。其中日本的松下和日本倍率的研究成果最为突出。三元锂电池目前主要被日本东芝占有,而国内目前仅宁德时代和国轩高科掌握三元锂电池关键技术。国内三元锂电池产业化主要有合肥力神和江西锂电两家企业,其中合肥力神采用了高镍三元锂负极材料以及NCM523电池等技术进行产业化生产,主要应用于乘用车;江西锂电以锂离子电池为主,产品主要用于客车和工程车领域。


    四、市场现状及前景展望

    近年来,新能源汽车产业发展迅速,我国新能源汽车产业也不断发展壮大。根据数据显示,截止到2017年6月底,我国新能源汽车累计销量达到了160万辆,占全球新能源汽车累计销量近1/4。预计到2020年,我国新能源汽车累计销量将达到200万辆。虽然我国新能源汽车销量在全球占比逐年提升,但与全球市场份额相比仍有较大差距,而未来五年我国新能源汽车市场仍将保持较快增长。动力电池方面,由于动力电池与整车应用领域的关联性很强,未来三元锂电池在动力电池中的应用也将进一步扩大。在未来五年内,我国动力电池产业将保持年均30%以上幅度增长,年复合增长率将达到30%以上。


    五、展望及建议

    三元锂电池在性能和能量密度方面还有很大的提升空间,其对环境污染的问题也需要得到重视。对于材料体系来说,目前研究较多的还是钴系,正如我们前面所说,钴是最容易获得的正极材料。另外由于目前三元锂电池能量密度和安全性能还有待进一步提高,因此也可以考虑采用低成本正极材料。针对锂离子电池中各种技术路线间的竞争特点及其产品安全性能研究等一系列问题都应该进行综合研究,在充分掌握电池性能的基础上设计研发具有独特性能的电池及产品以应对未来复杂多变的市场环境。


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