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锂电池的材料主要包括四部分，正极材料、负极材料、电解质和隔膜。由于正极材料的不同，锂电池可分为三类：三元锂、磷酸铁锂、锰酸锂。看完这篇文章后，你将了解这些锂离子电池。

 

三元锂离子电池

三元聚合物锂电池是一种使用锂镍、钴和锰三元正极材料的锂离子电池。锂离子电池的正极材料有很多种，主要有钴酸锂、锰锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。三元材料结合了钴锂、镍锂和锰锂的优点，具有容量大、成本低、安全性好等优异特性，并逐步占据锂离子电池的一定市场份额。在动力锂电池领域具有良好的发展前景。

 

 

钴对锂离子电池至关重要。然而，钴价格昂贵且有毒。近年来，日本和韩国的主要公司以及中国电池制造商一直在努力减少电池中的钴含量。在这一趋势下，由镍盐、钴盐和锰盐制备的镍钴锰酸锂三元材料正在逐步推广。从化学特性来看，三元材料属于过量的金属氧化物，电池的能量密度很高。

尽管钴在三元材料中的作用仍然不可或缺，但质量分数通常控制在20%左右，成本显著降低。它还具有锂钴和锂镍的优点。近年来，随着产量的增加，以三元材料为正极材料的锂离子电池取代商用锂钴氧化物的趋势已经非常明显。

 

 

从电动汽车到智能手机、可穿戴设备或充电宝，这项新技术完美运作。特斯拉是第一个将三元锂离子电池应用于电动汽车的公司。Model S的续航里程可达486公里，电池容量可达85kWh。使用8142节3.4AH松下18650电池。

从全球范围来看，三元材料的开发和生产正在不断推进。在这一过程中，材料性能得到了极大的提高，应用领域得到了一次又一次的拓展。日本和韩国企业是三元锂离子电池研发的领导者。中国三元材料生产始于2005年左右，至今已有十多家大型企业。

 

磷酸铁锂电池

近年来，磷酸铁锂仅作为锂动力电池的材料出现，大容量磷酸铁锂电池于2005年在中国开发。其安全性能和循环寿命与其他材料相当，这些也是动力电池最重要的技术指标。1C充放电的磷酸铁锂电池的循环寿命可达2000次。如果你对单个30V磷酸铁锂电池过度充电，它不会燃烧，而且在被击穿时也不会爆炸。由磷酸铁锂正极材料制成的大容量锂离子电池更容易串联使用，以满足电动汽车频繁充电和放电的需求。

 

磷酸铁锂是新一代锂离子电池的理想正极材料

磷酸铁锂具有无毒、无污染、安全性能好、原料来源广、价格低廉、寿命长等优点，是新一代锂离子电池的理想正极材料。但磷酸铁锂电池也有其缺点。例如，磷酸铁锂正极材料的振动密度较小，且同等容量的磷酸铁锂电池体积大于钴酸锂和其他锂离子电池，因此在微型电池方面不具有优势。

由于磷酸铁锂的固有特性，其低温性能不如其他正极材料如锰酸锂。在正常情况下，对于单个电池（注意：我们所说的是单个电池组，而不是电池组。测得的低温性能可能稍高，这与散热条件有关），当温度为0℃时，其容量保持率约为60~70%，10℃时为40~55%，20℃时为20~40%。这样的低温性能显然不能满足电源的要求。目前，一些制造商通过改进电解液系统、改进阴极配方、改进材料性能和改进电池结构设计等多种方法来提高磷酸铁锂的低温性能。

 

 

电池存在一致性问题。单个磷酸铁锂电池的寿命目前超过2000次循环，但电池组的寿命将显著缩短，可能会缩短500次循环。因为电池组由大量单独的电池串在一起，所以它的工作方式就像一群人在绳子上一起跑。即使每个人都是一名优秀的短跑运动员，如果他们的动作不一致，团队也不会跑得很快，整体速度甚至会比最慢的个人跑者还要慢。类似地，只有当电池的性能高度一致时，电池寿命才能接近单个电池的寿命。

 

锰酸锂离子电池

锰酸锂是一种很有前途的锂离子电池负极材料。与钴酸锂锰酸锂等传统正极材料相比，它具有资源丰富、成本低、无污染、安全性高、性能比高等优点，是理想的动力电池正极材料，但其循环性和电化学稳定性较差，极大地限制了其产业化。锰酸锂主要包括尖晶石型锰酸锂和层状结构锰酸锂，其中尖晶石型锰酸锂结构稳定，易于实现工业生产。现在市场上的产品都使用这种结构。尖晶石型锰酸锂属于立方晶系，Fd3m空间群，理论比容量为148mAh/g。由于三维隧道结构，锂离子可以可逆地从尖晶石的晶格中移除，并且不会导致结构的坍塌。因此，它具有优异的速率性能和稳定性。

 

如今，锂锰的能量密度低和循环性能差的传统缺点得到了极大改善。表面改性和掺杂可以有效地改变其电化学财产，表面改性可以有效地抑制锰的溶解和电解质的分解。掺杂可以有效抑制充电和放电过程中的Jahn-teller效应。表面改性和掺杂的结合无疑可以进一步改善材料的电化学特性，相信它将成为尖晶石锰酸锂改性的未来研究方向之一。