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三元材料锂电池的优缺点,高能量密度三元材料锂电池未来成为主流的趋势?
三元材料锂电池的优缺点,高能量密度三元材料锂电池未来成为主流的趋势?
  • 发布时间:2020-02-04 15:16

三元材料锂电池的优缺点,高能量密度三元材料锂电池未来成为主流的趋势?

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新能源汽车市场需求的持续扩张,带动了车用动力锂电池产能的释放,而具有较高能量密度的三元材料锂电池开始走向主流,被认为是电池未来的发展趋势。
 
有研究报告显示,在其他条件相同的情况下,采用三元锂电池的新能源汽车理论上能比磷酸铁锂新能源汽车多跑6成的距离。不过,由于三元锂电池也有弱点,电池组的体积十分庞大,虽然在动力输出方面胜过磷酸铁锂电池,却不得不以损失车内空间为代价。而且,三元材料的价格也比磷酸铁锂贵出不少。
 
2018年上半年我国锂电池正极材料产量中,三元材料产量约5.98万吨,占比49.17%;随着市场对动力电池能量密度要求的提高,具有高能量密度的三元锂电池日益受到市场青睐,我国三元材料产量呈现快速增长趋势,而磷酸铁锂产量的增长趋势则逐渐减弱。
 
截至2020年三元锂电池应用占比将以8%的复合增速提升,从正极材料体系结构来看,三元锂电的实际能量密度为160~190wh/kg,相比磷酸铁锂提升幅度约为23%~46%,能量密度的优势决定了其是锂电池的主流发展方向,2015年国内动力电池出货量为15.7Gwh,其中三元材料电池出货量为4.26Gwh,占比近27%。
 
从价格走势来看随着国家大力发展新能源汽车,政策对三元材料的解禁,并将锂电池的能量密度与补贴挂钩,促使动力电池企业往更高能量密度方面发展,磷酸铁锂材料价格从2016年出现下滑趋势,而三元材料反之呈现明显上升趋势。
 
三元材料锂电池的优缺点
优点:能量密度高是三元锂电池的最大优势,而电压平台是电池能量密度的重要指标,决定着电池的基本效能和成本,电压平台比较高的三元材料锂电池续航时间更长。低温性能好电化学稳定,循环性能好高安全性,循环寿命长锰资源丰富,价格较低,安全性好充放电稳定,生产工艺简单。
 
缺点:热稳定性较差,在250-300℃高温就会产生分解,并且三元锂材料的化学反应尤其强烈,一旦释放氧分子,在高温作用下电解液迅速燃烧,随即发生爆燃现象。高温性能差,安全性差,生产技术门槛高用到部分金属钴,价格昂贵低温性能较差,放电电压低能量密度低,电解质相容性较差钴价格高,循环寿命较低。
 
三元材料成未来重点开发产品
我国锂矿、氧化铁磷酸盐储量丰富,制造磷酸铁锂电池有优势。但是我国缺乏钴矿,三元锂电池的制造必须采用钴元素,因此制造三元锂电池有些困难。从目前的趋势来看,国内新能源车企更倾向于三元锂电池,他们似乎更看重三元锂电池更高的能量密度,提高新能源汽车的续航里程是车企考虑的当务之急。
 
未来在动力电池方面除三元材料将作为重点开发产品之外,为提高电池的能量密度,还将开发高能量密度的富锂锰基正极材料、高电压电解液、硅-碳负极材料、石墨烯材料等材料。三元材料动力锂电池主要有镍钴铝酸锂电池、镍钴锰酸锂电池等,优势是高温稳定性好,抗电解质腐蚀性好,理论能量密度180kW/kg以上,但产品安全性、一致性方面有待提升。
 
磷酸铁锂电池曾是中国新能源汽车市场上的主流,虽然其充放寿命长,但电池系统的能量密度只在100Wh/kg左右,而三元锂电池能量密度最高能达到330Wh/kg,随着消费者对电动汽车续航里程的需求不断提高,且具有电池能量密度优势的三元锂电池预计将进一步取代磷酸铁锂电池市场。
 
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