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鎳鈷錳鎳鈷鋁三元鋰離子電池有什么?

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2021年08月17日  

隨著電動汽車的廣泛普及,身邊有好多朋友一直來問動力鋰離子電池的相關問題,Shock身為一個冒險家,別的可以不看,但對自己出外冒險裝備的可靠性卻是最為重視的。今天我就請來了一位我的好朋友,跟大家聊聊動力鋰離子電池的那些事。


大家好,我是動力鋰離子電池家族的明星成員小錳,也就是鎳鈷錳三元鋰離子電池(NCM)。我們動力鋰離子電池家族的歷史可以追溯到1837年。當時蘇格蘭的羅伯特·安德森給四輪馬車裝上了電池和電動機,將其成功改造為世界上第一輛靠電力驅動的車輛。那為甚么電動汽車出現得這么晚?緊要是因為續航、充電時間、安全性等關鍵問題。而我們家族的成員們,就是為了解決這些問題而誕生的。


我們的家族成員都是誰?


比較有知名度的是磷酸鐵鋰離子電池、鈦酸鋰離子電池,還有我和我的兄弟鎳鈷鋁三元鋰離子電池(NCA)。我們由不同的元素組成,所以有著不同的能力和特性。比如磷酸鐵鋰離子電池,脾氣最好最穩定,但同等體積下儲存的電能(能量密度)不夠多,進而影響了車輛的續航能力。再來說鈦酸鋰離子電池,它能夠快速放電并供應大功率的輸出,能給大巴和坦克供電。但是它的能量密度比較低,而且原材料與制作成本太高,所以一般的電動汽車并不舍得用它。最后說我們兄弟倆,我們的脾氣也不錯、能量密度更高,還能夠平衡續航和穩定性,所以就成為了當下消費級電動汽車動力鋰離子電池的首選。


我究竟是種如何的電池?


科學地講,三元鋰離子電池是以鎳鈷元素作為正極材料,以錳鹽或鋁鹽來穩定化學架構的一種鋰離子電池。我的優勢前面已經說過了,這里緊要說下我的脾氣。我的脾氣雖然還可以,但是倘若腦子內部短路或者被撞擊、穿刺和燒烤,我也是會生氣失控的。所以為了不讓我生氣,科學家們在金屬鹽和包裝方式的選擇等方面下了不少功夫。


穩定性的選擇:鋁還是錳?


同樣身為三元鋰離子電池,我和我兄弟還是有不同的性格與特點。大哥鎳鈷鋁制作不僅工藝要求高且成本高,但鋁可以起到提高電池循環化學穩定性的用途,搭配在三元體系中,鎳含量可以得到一定提升,從而實現更高的電池能量密度。但是鎳鈷鋁晶體結構較鎳鈷錳不穩定,容易在較高溫度的情況下,發生崩塌導致熱失控,進而引發風險。相比之下,我體內的錳元素雖然較難穩定更多的鎳,而導致目前鎳鈷錳體系能量密度稍低所以續航表現不如鎳鈷鋁,但含錳三元體系熱穩定性更佳,同時鎳含量比例較少,因此作為動力鋰離子電池更為安全。


包裝方式的選擇:圓還是方,軟還是硬?


我身體里的鎳鈷錳,在達到一定溫度時會發生分析,釋放氧氣,而氧氣會加速高溫用途下電解液的反應,進而造成風險。所以我要更為可靠的包裝方式。當下最主流的方式有三種:圓柱型、方殼型和軟包型。


圓柱型:電芯以緊密的卷繞方式包裝,內部排列更緊湊,集中的能量更多。不過因為圓柱型的電池體積小,倘若想要供應更多的能量,則要大量的單體電池來組成電池組,所以電池的一致性很難保證。電池的一致性管理不當會導致多種不好的結果,其中一種就是內阻增高致使電池內部溫度失控引發危險。


方殼型:能把內部材料卷覆得較為緊密,再加上有鋁殼限制不容易膨脹所以相對安全。這種包裝方式可在內部配備防爆塞,倘若有熱失控的情況,會從防爆塞的固定方向釋放膨脹空氣,不容易影響其它電芯。


軟包型:在結構上采用鋁塑膜包裝,因為沒有鋁殼的空間限制,所以在同樣體積的狀況下可裝入較多能量,反應最筆直最徹底。但也因為沒有鋁殼限制,電池組容易鼓氣或變形,會有安全隱患。


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