三元材料锂电池是怎回事(二).doc

三元材料锂电池是怎么回事（二） ———锂电池科普知识 目前市场上应用于电动自行车的锂电池主要是锰酸锂和三元材料两种，如下将这两种材料的优缺点做简单对比 项目 三元材料 锰酸锂 安全性 材料 三元材料中一般含钴、镍，其分子结构为层状结构，分子易塌陷、脱氧，从而导致内部安全问题 锰酸锂属于尖晶状结构，热稳定性好 容量等级 因为三元材料中含有活性很强的材料钴，所以不适合做大容量的锂电池，容量越大，安全越不容易保证 锰酸锂材料的安全等级更高，在20Ah以下等级的锂电池使用锰酸锂材料有很高的安全等级 工作性能 重量和体积 三元材料克容量和体积容量高，所以相同容量下，其体积较小 锰酸锂的克容量和体积容量较三元材料小，相同容量的重量较大 能量 因为三元材料中含有元素镍，所以三元材料的锂电池工作电压平台较锰酸锂低（3.6V）,所以相同容量的电池，三元材料的电池能量较低 锰酸锂工作电压平台高（3.8-3.9V）， 所以相同容量的电池的能量高； 约高5-10%。 循环寿命 三元材料锂电池约前300次的循环比较平缓，但是过了这个点电池会衰减的非常快； 锰酸锂整个循环寿命曲线很平缓；目前的电池组平均循环寿命在600次以上； 成本 成本 三元材料成本高，大约是锰酸锂的1.5倍 锰酸锂材料成本较三元材料低 B、按外壳包装分硬壳、铝塑膜 目前国内可以生产的动力电池，从外壳上可以分成硬壳和铝塑膜两种，一些采用铝塑膜作为电芯外壳的厂家自称是聚合物电芯，实际上，他只是采用了解聚合物电芯的包装形式，实质上是一种液态软包装电芯，和硬壳电芯相比，仅仅是包装材料有有差别，内部结构、化学体系和工艺方案完全是一样的，其电化学性能基本上是一致的，没有本质区别。 从电芯的外壳上来区分，目前应用于电动自行车的锂电池主要有钢壳和铝塑膜两种包装，以下就这两种包装的电芯对比： 硬壳 铝塑膜 安全性能 安全性能好，在电芯跌落、振动、磕碰时，不会产生安全隐患； 电芯安全性能的设计比较关键，对电芯的安全性有重要影响 因为采用的是铝塑膜包装，包装层厚度仅0.08-0.15mm，轻微的跌落、振动或磕碰时，会引起包装膜的破损，造成安全隐患； 重量比能量 一般 高，星恒电源的单体电芯，10Ah电芯的重量相差约60g 循环性能 正常情况下，循环性能超过600周，可以达到800-1000周 由于采用了铝塑膜作为外包装，而电芯内部实际上仍和硬壳一样，在封装时，必须采用抽真空封口方式，造成的结果是电芯内部电解液量偏少，对电芯的300周后的循环产生不良影响 贮存性能 电芯的密封采用的是激光焊接密封，电芯内部处于全封闭状态，外界的杂质，尤其是水不会对电芯性能产生影响，电芯可以在很长的时间内保持电性能稳定 电芯包装采用的是CPP热封方式密封，不管密封层有多厚，但是CPP是会透水的，在长时间放置时，环境中的水分会透过CPP渗透到电芯内部，当水进入到电芯内部时，会对电芯的性能产生致命的影响 C、按极片结构分层叠式、卷绕式 电芯内部结构可以分为叠层式和卷绕式两种。对于容量较小（一般指小于2Ah）的电芯，因为其工作中产热量相对较小，同时从批量操作可行性考虑，基本上采用卷绕方式要更多一些，而大容量电芯，则以叠层方式为主。 卷绕电芯和叠层方案对电芯性能的影响主要表现以几下几个方面： 1、电芯内部热量分布有差异： 层叠式 层叠电芯在工作时热量分布比较均匀，不会因为高倍率（大电流）放电时电池内部产生严重的温度差。 卷绕式 2、卷绕电芯内部，在卷绕过程中，会存在一定的应力，当电芯在充放电的时候，会造成应力较大部分的极片产生脱料、容量发挥欠佳等情况，严重的会影响到电芯的安全性能； 3、卷绕电芯必须在极片上焊接金属的极耳，此金属极耳的厚度和硬度远高于极片本身，在卷绕过程中，易对隔膜造成压伤，在循环过程中，这种压伤会慢慢扩大，会导致电芯产生安全性问题； 4、因为卷绕电芯在工作时产热量不均匀，尤其是金属极耳部分，产热量更高，这样极片的不同部位的工作环境产生差异，温度高的部分，循环性能变差，最终导致整个电芯的电性能失效。 层叠式 卷绕式 示意图 优点 温度分布均匀 电芯内阻小 内部没有应力存在 体积能量密度大 易实现产业自动化 缺点 体积能量密度小 市场上买不到现成的产业自动化设备 内部温度分度不均匀 内部有应力存在 电芯内阻大 安全性 叠层式电芯内部温度分布均匀、没有应力存在且电芯内阻小，从设计的角度发生异常的几率大大降低，安全性大大提升； 在放电过程中由于内部温度分布的不均匀、电芯内阻大且存在内部应力，从设计的角度出发，大大提升了电芯内部发生异常的几率，存在安全隐患； 功能性 由于内部温度分布均匀加上内阻小，使电芯在放电过程中的温升大大降低，对电池的循环寿命有很大的好处； 由于电芯