文档介绍：锂离子电池基础知识电池包的生产工艺
锂电池结构
正极
活性物质(LiCoO2\LiMnO2\LiNixCo1-xO2\ LiXFePO4 )
导电剂、溶剂、粘合剂、基体
负极
活性物质(石墨、MCMB)
粘合剂、溶剂、基体、导电剂
隔膜(PP+PE)
电解液(LiPF6 + DMC/ EC/ EMC)
外壳五金件(钢壳、铝塑膜、铝壳、盖板、极耳、绝缘片等)
锂电池的分类及对比
锂离子电池是指正负极采用锂离子化合物的二次电池
锂电池的性能主要取决于正负极材料,常见的正极材料有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元锂、磷酸铁锂。
能量密度、成本、安全性、热稳定性、循环寿命是动力锂电池的5个关键指标
正极材料
能力密度
电压平台
优点
缺点
适用于
钴酸锂
LCO
150

充放电稳定
生产工艺简单
钴价格昂贵
循环寿命较低
磷酸铁锂
LFP
150

价格低
无污染
安全性高
循环寿命长
能量密度低/容量低
低温性能差
电压平台太长太平,使得soc估计变得异常困难
客车、大巴、混动
镍钴铝酸锂
NCA
170

能量密度高
低温性能好
高温性能差
安全性差
生产技术门槛高
镍钴锰酸锂
NCM
160

循环性能好
能量密度高
低温性能好
大倍率充电
钴价格昂贵
高性能电动乘用车
锰酸锂
LMO
120

锰资源价格便宜
安全性能好
能量密度低
电解质相容性差
锂电池的分类及对比
下面就安全性、能量密度、单体标称电压、使用寿命、应用成本、低温衰减能力等方面分析磷酸铁锂电池和三元锂电池优劣。
安全性:
三元锂电池:三元锂电池如果内部短路或是正极材料遇水,都会有明火产生。所以一般三元锂电池都会有一层钢壳保护。特斯拉给电池组进行了全方位的保护,但是在极端的碰撞事故中,起火隐患还是有的。
磷酸铁锂电池:磷酸铁锂电池则要稳定许多,电池板就算是穿刺、短路也不会爆炸燃烧,遭到350℃的高温也不会起火(三元锂电池在180-250℃就扛不住了)。所以在安全性能上,磷酸铁锂电池略胜一筹。
能量密度:
三元锂电池:三元锂电池的能量密度大,电压更高,所以同样重量的电池组电池容量更大,车子跑的距离也就更远,速度也能更快。
使用寿命:
三元锂电池:三元锂电池的理论寿命是2000次充放电循环,但在实际使用中,当进行900次的充放电循环后,电池容量就基本衰减到了55%。但如果每次电池充放电都控制在0%-50%或者25%-75%的循环中工作,即使经过3000次的充放电循环,电池容量基本还能能够保持在70%左右,但这需要非常优秀的电池管理系统。
磷酸铁锂电池:磷酸铁锂电池即便是经过3000次0-100%的充放电使用,容量也才会衰减到80%,所以磷酸铁锂电池的电池管理系统就没那么复杂,也就进一步降低了整车研发成本。
应用成本:
中国的锂矿、氧化铁磷酸盐储量丰富,制造磷酸铁锂电池有优势。而我国缺乏钴矿,制造必须采用钴元素的三元锂电池会有些困难。所以,我国许多车企(包括电池企业)发展磷酸铁锂电池是很现实的。
所以,现在市面上采用三元锂电池的电动车,动力电池基本都是国外品牌产品(日本松下,韩国SK等),价格也相应要比采用磷酸铁锂电池的车型(同级别)贵一些。
低温衰减能力:
三元锂电池在低温时的放电性能要优于磷酸铁锂电池。
钛酸锂电池
优点
采用电动车辆取代燃油车辆是解决城市环境污染的最佳选择,,研制安全性高、倍率性能好且长寿命的负极材料是其热点和难点。
商业化的锂离子电池负极主要采用碳材料,但以碳做负极的锂电池在应用上仍存在一些弊端:
1、过充电时易析出锂枝晶,造成电池短路,影响锂电池的安全性能;
2、易形成SEI膜而导致首次充放电效率较低,不可逆容量较大;
3、即碳材料的平台电压较低(接近于金属锂),并且容易引起电解液的分解,从而带来安全隐患。
4、在锂离子嵌入、脱出过程中体积变化较大,循环稳定性差。
与碳材料相比,尖晶石型的Li4Ti5O12具有明显的优势:
1、它为零应变材料,循环性能好;
2、放电电压平稳,而且电解液不致发生分解,提高锂电池安全性能;
3、与炭负极材料相比,钛酸锂具有高的锂离子扩散系数(为2 *10-8cm2/s),可高倍率充放电等。
4、钛酸锂的电势比纯金属锂的高,不易产生锂枝晶,为保障锂电池的安全提供了基础。
缺点
1、相对其他类型的锂离子动力电池能量密度会低一些。
2、胀气问题一直阻碍着钛酸锂电池的应用。
3、相对其他类型的锂离子动力电池价格偏高。
4、电池一致性仍存在差异,随着充放电次数的增加电池一致性差异会逐渐增大。
钛酸锂电池是一种用作锂离子电池