三元材料是在锂离子电池材料技术发展过程中出现的新型锂电池正极材料,由于具有一些相对优势,锂离子电池三元材料在市场应用上展现出广阔的前景。钴酸锂的优点明显,但钴金属的价格高昂,锰酸锂的优点是倍率性能好,成本低,但耐高温性能和循环性能不佳,锂离子电池三元材料则是综合二者的优点,力求在成本和性能方面达到高的性价比。
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,在电池内部发挥的用途。
钴的化合价为2价和3价。在常温下不和水作用,在潮湿的空气中也很稳定。在空气中加热至300℃以上时氧化生成CoO,在白热时燃烧成Co₃O₄。氢还原法制成的细金属钴粉在空气中能自燃生成氧化钴。由电极电势看出,钴是中等活泼的金属。其化学性质与铁,镍相似。高温下发生氧化作用。加热时,钴与氧,硫,氯,溴等发生剧烈反应,生成相应化合物。钴可溶于稀酸中,在发烟硝酸中因生成一层氧化膜而被钝化。钴会缓慢地被氢氟酸,氨水和氢氧化钠浸蚀。钴是两性金属。
中国是世界上大的钴市场,其消费市场以动力电池、3 C电池、碳化物为主要消费市场。在动力电池领域,随着新能源汽车行业的发展,三元电池的销量也在持续增长,而钴的需求量也在持续增长。在3 C电池方面,由于笔记本、智能手机、平板电脑等的需求持续增加,3 C电池的销售速度大幅提升,而随着 TWS、无人机等新兴3 C消费电子市场的迅速发展,钴的需求量也会持续上升,而新兴的消费类电子设备的迅速发展,会对钴的需求起到一定的推动作用。很多工业都要用到钴,因此钴产业的发展前景非常好。
制造电池设备是钴重要的用途,使用量占到全部钴使用量的40%。钴主要用来制作锂离子电池的钴酸锂,镍氢电池的氧化亚钴等。含钴材料是稳定的锂电池正极材料,是电池的核心之一,具有能量密度高和环保安全性高的特点。三元锂电池是指使用镍钴锰或者镍钴铝酸盐等三元材料为电池正极的锂电池。相对于传统锂电池,三元锂电池具有综合性能和低成本的双重优势。
三元聚合物锂电池是指正极材料使用锂镍钴锰或者镍钴铝酸锂的三元正极材料的锂电池,锂离子电池的正极材料有很多种,主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。其中磷酸铁锂作为正极材料的电池充放电循环寿命长,但其缺点是能量密度、高低温性能、充放电倍率特性均存在较大差距,且生产成本较高,磷酸铁锂电池技术和应用已经遇到发展的瓶颈;锰酸锂电池能量密度低、高温下的循环稳定性和存储性能较差,因而锰酸锂仅作为国际第1代动力锂电的正极材料;而多元材料因具有综合性能和成本的双重优势日益被行业所关注和认同,逐步磷酸铁锂和锰酸锂成为主流的技术路线。三元材料的电芯代替了广泛使用的钴酸锂电芯,在笔记本电池领域广泛使用。
三元锂电池是锂电池的一种,但这种电池的正极是由三元材料制成的。三元材料分别指镍、钴和锰。一些三元锂电池的阳极将由镍、钴和铝制成。三元锂电池是一种性能相当不错的电池,大部分纯电动汽车基本都会使用这种电池。三元锂电池重量相当轻,能量密度相对较高。这样的电池非常好。
从材料来看,三元锂电池的“三元”指的是包含镍Ni、钴、锰或铝三种金属元素的聚合物,在三元锂电池中做正极。三者缺一不可,这其中每个元素都发挥着重要作用,同时每个元素的特点也制约着电池性能。从结构上来讲,三元锂电池的能量密度高、充放电。同时其也有不耐高温的特性,因此,安全性较差和循环寿命较短是三元锂电池的主要短板,尤其是安全性能,是一直限制其大规模配组,和大规模集成应用的一个主要因素。大量实测表明,容量较大的三元电池很难通过针刺和过充等安全性测试,这也是大容量电池中一般都要多引入锰元素,甚至混合锰酸锂一起使用的原因。
三元锂离子电池即三元聚合物锂离子电池,正极资料运用镍钴锰酸锂三元正极资料的锂离子电池,即含有镍、钴、锰三种元素的过渡金属嵌锂氧化物契合资料正极的锂离子电池。这种资料归纳了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂三种资料的长处,形成了三种资料三相的共熔体系,因为三元协同效应其归纳功能优于任一单组合化合物,分量能量密度能够达到200Wh/kg。