锰酸锂电池衰减的三点原因

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锰酸锂电池衰减的三点原因

锰酸锂电池衰减的三点原因
随着锂离子电池应用领域的不断扩展,对锂离子电池的性能要求也越来越高,也给锂离子电池领域提出了新的挑战。锂离子电池在使用中的遇到的问题如高温下容量衰减速度加快、倍率性能差、自放电率高等等都限制了其应用。下面由电池之都为大家讲解锰酸锂电池衰减的三点原因:
锰酸锂电池衰减
锰酸锂具有尖晶石结构,满足锂离子脱嵌的需求。但是,该材料中的 Mn 在高温下容易溶解到电解液中去,造成不可逆容量损失。另外,在较高温度下放电时,材料容易发生 Jahn-Teller 效应,从而破坏活性材料的晶型结构,造成电池容量衰减加快。
锰酸锂电池容量衰减的原因主要有以下几个方面:
(1)高电压下电解液发生电化学反应,一般是高于 4.0V;
(2)不可逆的相变和结构转变,如 Jahn-Teller 效应;
(3)LiMn2O4材料中 Mn 溶解到电解液中去,主要是发生了歧化反应。
上述这些因素中,最主要的是 Mn 的溶解,导致该现象的主要原因是电解液中 HF 的存在。HF 会加速 LiMn2O4中 Mn 的溶解,从而导致正极材料晶相结构的破坏。
在充放电过程中,伴随 Li+的嵌入和脱出,LiMn2O4的晶格常数发生变化,在立方晶系和四方晶系间发生相转变。Li+在正极材料内部扩散速率低于 Li+在其表面的嵌入速率,当电位在 4V 左右时,Li+在 LiMn2O4表面富集,从而导致Jahn-Teller 效应
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磷酸铁锂电池衰减
LFP是橄榄石状结构,具有很好的稳定性和安全性,理论容量达到170mAh/g,国内的电池、电动车厂家主要是比亚迪。通常情况下,影响电池容量的因素很多:
(1)正、负极副反应导致可循环锂的减少,以及导致正负极的平衡被破坏;(2)活性材料的损失,如材料的溶解,结构的劣化,颗粒的离析和电极的层离。
关于LFP电池衰减的研究也比较深入了,常用的石墨体系动力电池高温循环容量衰减较快,主要是正极中的 Fe3+溶解并沉积在阳极表面,进一步发生还原,生成 Fe 金属颗粒,导致阳极极化增加。
为了解决高容量电芯的安全性问题,也有采用在LiNixCoyO2的基础上再掺杂Al,即所称的NCA三元材料。由于A1-O键更强于Co-O键和Ni-O键,同时Al2O3相对于Ni、Co的氧化物而言是一种更优异的热导体,故Al的掺杂不仅弱化了材料对电解液的氧化能力,而且有利于传导氧化电解液所产生的热量,电化学惰性的A13+在进一步提高了材料结构稳定性的基础上,大大提高了材料的热稳定性。特斯拉汽车采用的是18650型的NCA三元正极材料,电动车续航里程可达约600公里。
磷酸铁锂(LiFePO4)是目前研究较多的铁系正极材料,自从于1997年被A.K.Padhi首次报道之后就被广泛研究和应用于电化学领域。LiFePO4具有橄榄石结构,其理论容量为170mAh/g,由于其原料来源丰富、制备成本低廉、循环性能好和安全性能优异等特点,被广泛应用于电动汽车,比亚迪部分汽车采用的是LiFePO4正极材料,但是其比容量低一直是限制其发展的壁垒。
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电池之都之锂电池和铅酸电池区别
锂电池与铅酸电池的区别在于所用材料不同,放电原理不同,性能不同。锂电池具有更大的存储容量或更长的使用寿命。锂电池没有像铅酸电池那样的通用电池充电器。一般来说,锂电池出厂时都配有专用充电器。为了保护锂电池,需要特殊的充电器。下面由电池之都为大家讲解锂电池和铅酸电池区别:
锂电池和铅酸电池充电器有什么区别?
铅酸蓄电池和锂电池充电器的充电控制方法各不相同。锂电池和铅酸电池的电压水平不匹配.而且锂电池种类繁多,电池性能和电池保护板参数可能不同。
铅酸电池:
铅酸蓄电池的理想充电电流是脉冲式。脉冲充电是50-60Hz电源直接整流和不滤波的最佳方法(电路简单,成本低)。由于铅酸蓄电池自放电率高,采用工频充电时通常采用恒压充电方式(电流一定会有限制)。
锂电池和铅酸蓄电池的充电器能通用吗?答案是否定的。如果一个电压一致的锂电池可以用铅酸蓄电池充电,铅酸电池不能充电锂,因为锂的电气安全要求更高。
锂电池:
锂电池充电控制首先根据恒流充电,然后当电池电压上升到4.2V时,充电器检测电流,当电流小于一定值时,充电结束。锂对过充敏感,保护电路复杂。对于标称3.6V的单个电池,最大充电额定电压为4.2V,最大允许误差限制不大于1。
锂电池是以金属锂或锂合金为负极材料,采用非水电解质溶液制成的一次电池。它不同于可充电电池、锂离子电池和锂离子聚合物电池。锂电池的发明者是爱迪生。由于锂金属的活性化学特性,对锂金属的加工、保存和使用提出了很高的环境要求。因此,锂电池已经很长一段时间没有使用了。随着20世纪末微电子技术的发展,微型化设备日益增多。锂电池进入了大规模的实用化阶段.
铅酸蓄电池(VRLA)是一种以铅及其氧化物为电极,电解液为硫酸溶液的蓄电池。在铅酸蓄电池放电状态下,二氧化铅是正极的主要成分,铅是负极的主要成分,而在充电状态下,硫酸铅是正极和负极的主要成分。
单网铅酸蓄电池的标称电压为2.0V,可放电1.5V,可充电2.4V。在应用中,通常采用6个单网铅酸电池串联形成标称12V、24V、36V、48V等铅酸蓄电池。
锂电池充电时应注意的事项:
为了延长锂电池的使用寿命,有必要定期对锂电池进行充放电。要养成用80%的电力充电的习惯,不要等到电量耗尽。此外,锂电池不应长期储存。
1.电动汽车给蓄电池充电时,门锁必须关闭,蓄电池不能倒置。充电时应一次充满电,不得多次充电,电器不应处于损耗状态,当电池不储存时,应每月充放电一次。在锂电池充电时,必须使用匹配的充电器。由于电池的原材料与锂电池的生产工艺不同,充电器的技术要求也不同,只有特殊的充电器才能延长电池的使用寿命。防止安全风险。
2.当锂电池无电时,应关闭功率行驶,不能利用拾取电压驱动,防止严重的功率损耗,从而延长电池的使用寿命。
锂电池和铅酸电池的优缺点如下:
3.锂电池的1次循环寿命为1200 000倍,铅酸电池的寿命为900倍。2锂离子电池比能量为150 W/kg,铅酸电池比能量为40W h/kg。锂电池的体积是铅酸电池体积的2/3,锂电池重量轻,只有铅酸电池的1/3-1/4。
4.锂电池价格较高,24V/10 Ah价格:750,1200元,铅酸电池较低,24V/12 AH价格:200,300元。
5.充电维护,锂离子电池,高维护成本,铅酸蓄电池维护成本低,提供开路简单。
在我们的日常生活中,我们对电池知之甚少。通过以上分析可知,铅酸蓄电池和锂电池充电器在充电问题上并不普遍。我们必须选择一个特殊的充电器充电相应的电池,以避免相互混合,偏离线路的安全风险或事故。
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磷酸铁锂电池与三元锂电池几个方面对比
在当今锂电池厂家的电池市场,主要以磷酸铁锂电池和三元锂电池为主。二者主要的特性是能量密度与安全性的差异,能量密度关系到动力电池的续航能力,安全性也是动力锂电池最重要的指标之一。下面由电池之都为大家讲解磷酸铁锂电池与三元锂电池几个方面对比:
能量密度
磷酸铁锂电池的能量密度较三元锂电池相差很多,目前新能源汽车的补贴标准以电池包系统的能量密度为重要指标,政策规定当电池系统能量密度超过120Wh/kg,就可以享受1.1倍的补贴,介于90Wh/kg和120Wh/kg之间只能享受1倍补贴。在此需要说明一下典名科技电池生产的汽车动力电池包能量密度已达125Wh/kg。
磷酸铁锂电池单体能量密度通常在90-120Wh/kg之间,而三元锂电池单体能量密度可以达到200Wh/kg左右,可见三元锂电池的能量密度优势较为明确,这也是近年内国内大量上线三元锂电池产线的原因所在,再加了日韩在三元锂电池技术方向上的坚持,为市场注入强有力的信心。
安全性
我们知道,就材料体系而言,三元锂电池正极材料的分解温度在200℃左右,真空钢珠封口机磷酸铁锂电池正极材料的分解温度在700℃左右。实验室测试环境下短路磷酸铁锂电池单体,基本不发出现着火的情况,三元锂电池则不然,在使用三元锂电池时尤其要对热管理提出较高的要求。对于整车电池包来讲,安全措施更加完善与科学,通过BMS有效对锂电池进行管理,电池可以工作在安全的状态下。
温度适应性
我国幅员辽阔,气候复杂,从最北端的东北三省到最南端的海南诸岛温度变化非常丰富。以北京为例,作为电动汽车的主力市场,北京夏季最高温度在40℃左右,而冬季则基本保持在零下16℃左右,甚至更低。这样的温度区间显然适合低温性能更佳的三元锂电池。而注重耐高温性能的磷酸铁锂电池在北京的冬季会显得有些乏力。更何况,三元锂电池耐高温方面与磷酸铁锂相比,差距并不大。
充放电效率
除了续航之外,充电也是电动汽车在实际使用中的重要环节,而三元锂电池厂家的电池在充电效率方面较磷酸铁锂电池有着非常大的优势。
从表中可以看出,三元锂电池与磷酸铁锂电池在10C以下充电时,恒流比无明显差距,10C以上倍率充电时,磷酸铁锂电池恒流比例迅速降低,充电效率迅速降低。
磷酸铁锂与三元的市场之争,目前仍是平分秋色,各有所长。在电池技术日新月异不断革新的情况下,不久的将来迎来革命性的变化也在意料之中,技术已经成熟的三元锂电池与磷酸铁锂电池,凭借各自的优势在市场中都占有一席之地。
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