详解钴酸锂离子电池结构及特性

2021-05-20      5708 次浏览

阴极具有分层结构。在放电期间,锂离子从阳极移动到阴极;充电时流量从阴极流向阳极。钴酸锂的缺点是寿命相对较短,热稳定性低和负载能力有限(比功率)。像其他钴混合锂离子电池相同,钴酸锂采用石墨阳极,其循环寿命重要受到固体电解质界面(SEI)的限制,重要表现在SEI膜的逐渐增厚,和快速充电或者低温充电过程的阳极镀锂问题。较新的材料体系新增了镍,锰和/或铝以提高寿命,负载能力和降低成本。


钴酸锂不应以高于容量的电流进行充电和放电。这意味着具有2,400mAh的18650电池只能以小于等于2,400mA充电和放电。强制快速充电或施加高于2400mA的负载会导致过热和超负荷的应力。为获得最佳快速充电,制造商建议充电倍率为0.8C或约2,000mA。电池保护电路将能量单元的充电和放电速率限制在约1C的安全水平。


六角蜘蛛图(图2)总结了与运行相关的具体能量或容量方面的钴酸锂性能;具体功率或供应大电流的能力;安全;在高低温环境下的性能表现;寿命包括日历寿命和循环寿命;成本特性。蜘蛛图中没有显示的其他重要特点还包括毒性,快速充电能力,自放电和保质期。


钴酸锂在高比能量方面表现出色,但在功率特性、安全性和循环寿命方面只能供应一般的性能表现。


汇总表


钴酸锂氧化物:LiCoO2阴极(约60%Co),石墨阳极


短型:LCO或Li-钴。始于1991年以来


电压


标称值为3.60V;典型工作范围3.0-4.2V/电池


比能(容量)


150-200Wh/公斤。特种电池供应高达240Wh/kg。


充电(C率)


0.7-1C,充电至4.20V(大部分电池);典型充电时长3小时;1C以上的充电电流会缩短电池寿命。


放电(C率)


1C;放电截止电压2.50V。1C以上的放电电流会缩短电池寿命。


循环寿命


500-1000,与放电深度,负荷,温度有关


热失控


150C(302F)。满充状态容易带来热失控


应用


手机,平板电脑,笔记本电脑,相机


注释


非常高的比能量,有限的比功率。钴很昂贵。被用作能量型电池。市场份额稳定。


尖晶石锰酸锂离子电池首次发表于1983年的材料研究报告中。1996年,Moli能源公司将锰酸锂为阴极材料的锂离子电池商业化。该架构形成三维尖晶石结构,可改善电极上的离子流动,从而降低内部电阻并改善电流承载能力。尖晶石的另一个优点是热稳定性高,安全性提高,但循环和日历寿命有限。


低电池内阻可实现快速充电和大电流放电。18650型电芯,锰酸锂离子电池可以在20-30A的电流下放电,并具有适度的热量积累。也可以施加高达50A1秒负载脉冲。在此电流下持续的高负荷会导致热量积聚,电池温度不能超过80C(176F)。锰酸锂用于电动工具,医疗器械,以及混合动力和纯电动汽车。


图4说明在锰酸锂离子电池的阴极上形成三维晶体骨架。该尖晶石结构通常由连接成晶格的菱形形状组成,一般在电池化成后出现。


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