磷酸铁锂及三元电池在不同领域的应用
发布时间：2020-12-11 13:22
在化学类储能技术中,锂离子电池在市场和政策的双驱动下成为当前的研究热点。磷酸铁锂(LFP)和三元镍钴锰酸锂材料(NCM)是目前锂离子电池应用最多的正极材料。两种材料制备的电池各有特点:例如,磷酸铁锂电池具有循环寿命长、成本低及安全性好,但是能量密度也相对偏低;而三元电池能量密度较高,但是循环和安全性差于磷酸铁锂电池,成本也相对较高。由于这两种电池自身的特点,也决定了它们的应用领域不同。对两种锂离子电池在不同领域的应用进行了概述,综合分析表明短时间内两种电池将并行发展,不会出现一种电池完全取代另一种的情况。
【文章来源】：电源技术. 2020年09期 第1383-1386页 北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
图３?不同Ｎｉ含霣三元材料的容霣、循环及热稳定性关系??会使得三元电池产气严重，影响其循环性能、安全性能等；第??５??６??
行紐。??１．３．３功率性能??磷酸铁锂材料Ｌｉ＋的活化能只有０．３？０．５?ｅＶ，导致其Ｕ＊??扩散系数在１０—１５？１０—１２?ｃｍ％数量级极低的电子电导率和??锂离子扩散系数导致了?ＬＦＰ功率性能不佳。而三元材料的Ｍ??扩散系数约为１（Ｔ１２？ＫＴ１。ｃｍ２／ｓ［Ｉｆｒｌ７ｉ，并且电子电导率高，因此??３?元电池具有更好的功率性能。??１．３．４温度适用性??受磷酸铁锂材料较低的电子电导率与离子电导率的影??响，导致磷酸铁锂电池低温性能较差。磷酸铁锂电池－２（ＴＣ放??图１?磷酸铁裡材料的结构模型图ｈ??全性能，ＢＰ使在高温下仍可保持较稳定的结构，使得磷酸铁锂??电池安全可靠，甚至在电池出现变形损坏时也不会出现冒烟、??起火等安全事故。另一方面，磷酸铁锂原料资源较为丰富，极??大地降低了材料及电池的使用成本，同时由于铁磷元素对环??境友好，磷酸铁锂材料及电池对环境无污染。但是，ＬｉＦｅＰ０４材??料的结构特性决定材料具有较低的离子和电子电导率，而且??随着温度降低，电子转移阻抗和电荷迁移阻抗均迅速増加，导??致其电池低温性能较差。??１．２三元材料及电池??自２００１年，ＬｉＣＮｔｆｏ＾ＭｎｍＰＸｘ＾Ｗ）材料被首次报道??之后，引起研究者的高度关注？。为减少Ｃｏ涨价带来的成本??压力，国内外已开展了三元材料低Ｃｏ甚至无Ｃｏ化的研究，此??类材料可能成为未来的主流正极材料［９］。??Ｌｉ?ｎ）〇２与ＬｉＣｏ０２结构有相似之处。以??ＮＣＭ１１１型三元材料为例，其中Ｌｉ＋位于结构中３ａ位置，Ｎｉ、??Ｍｎ、Ｃｏ随机分布在３ｂ的位置，晶格氧占据６ｃ位置［图２（ａ）］。??其中过渡金属层结构由Ｎｉ、Ｍｎ
和电荷迁移阻抗均迅速増加，导??致其电池低温性能较差。??１．２三元材料及电池??自２００１年，ＬｉＣＮｔｆｏ＾ＭｎｍＰＸｘ＾Ｗ）材料被首次报道??之后，引起研究者的高度关注？。为减少Ｃｏ涨价带来的成本??压力，国内外已开展了三元材料低Ｃｏ甚至无Ｃｏ化的研究，此??类材料可能成为未来的主流正极材料［９］。??Ｌｉ?ｎ）〇２与ＬｉＣｏ０２结构有相似之处。以??ＮＣＭ１１１型三元材料为例，其中Ｌｉ＋位于结构中３ａ位置，Ｎｉ、??Ｍｎ、Ｃｏ随机分布在３ｂ的位置，晶格氧占据６ｃ位置［图２（ａ）］。??其中过渡金属层结构由Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ组成，且由６个晶格氧包围??形成ＭＣ＾ＭｚＮｋＣｏ或Ｍｎ）八面体结构，而锂离子嵌人Ｍ０６层??之间？。在充放电过程中，锂离子在Ｍ０６层间结构中脱嵌，参??与电化学反应的电对分别为ＮＰ／Ｎｉ＇ＮＰ／Ｎｉ４—和Ｃｏ＾ＶＣｏ４？，??而Ｍａ元素为电化学惰性，不贡献电化学容量。??图２?不存在Ｌｉ／Ｎｉ混排⑻和存在Ｌｉ／Ｎｉ混排（ｂ）的三元材料的结构图??按Ｎｉ含量比例可将三元材料和电池分为常规型和高键??型。随着Ｎｉ含量的提高，可脱嵌锂增加，材料容量及电池能量??密度提高（图３）？，因此高镍型三元材料和电池是当前研究的??热点并充满挑战。首先，由于ＮＰ半径（０．０６９?ｎｍ；）与Ｌｉ＋半径??（０．０７６?非常接近，随着Ｎｉ含量提高，高镍三元材料在高温??烧结制备时产生Ｌｉ／Ｎｉ混排［图２（ｂ）］概率急剧加大，而进入??Ｍ０６层的锂脱嵌较为困难，阻碍Ｌｉ＋传输能力，导致比容量降??低及循环性能降低并很难逆转；其次，随着Ｎｉ含量的提高，材??料中ＮＰ的比例也随之提高，而ＮＰ非常不稳定，暴露在
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池热安全性研究进展[J]. 杜光超,郑莉莉,张志超,冯燕,王栋,戴作强. 储能科学与技术. 2019(03)
[2]我国电网侧典型兆瓦级大型储能电站概况综述[J]. 李建林,徐少华,靳文涛. 电器与能效管理技术. 2017(13)
[3]能源互联网背景下的电力储能技术展望[J]. 李建林,田立亭,来小康. 电力系统自动化. 2015(23)
[4]锂离子电池三元正极材料的研究进展[J]. 邹邦坤,丁楚雄,陈春华. 中国科学:化学. 2014(07)
本文编号：2910601
【文章来源】：电源技术. 2020年09期 第1383-1386页 北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
图３?不同Ｎｉ含霣三元材料的容霣、循环及热稳定性关系??会使得三元电池产气严重，影响其循环性能、安全性能等；第??５??６??
行紐。??１．３．３功率性能??磷酸铁锂材料Ｌｉ＋的活化能只有０．３？０．５?ｅＶ，导致其Ｕ＊??扩散系数在１０—１５？１０—１２?ｃｍ％数量级极低的电子电导率和??锂离子扩散系数导致了?ＬＦＰ功率性能不佳。而三元材料的Ｍ??扩散系数约为１（Ｔ１２？ＫＴ１。ｃｍ２／ｓ［Ｉｆｒｌ７ｉ，并且电子电导率高，因此??３?元电池具有更好的功率性能。??１．３．４温度适用性??受磷酸铁锂材料较低的电子电导率与离子电导率的影??响，导致磷酸铁锂电池低温性能较差。磷酸铁锂电池－２（ＴＣ放??图１?磷酸铁裡材料的结构模型图ｈ??全性能，ＢＰ使在高温下仍可保持较稳定的结构，使得磷酸铁锂??电池安全可靠，甚至在电池出现变形损坏时也不会出现冒烟、??起火等安全事故。另一方面，磷酸铁锂原料资源较为丰富，极??大地降低了材料及电池的使用成本，同时由于铁磷元素对环??境友好，磷酸铁锂材料及电池对环境无污染。但是，ＬｉＦｅＰ０４材??料的结构特性决定材料具有较低的离子和电子电导率，而且??随着温度降低，电子转移阻抗和电荷迁移阻抗均迅速増加，导??致其电池低温性能较差。??１．２三元材料及电池??自２００１年，ＬｉＣＮｔｆｏ＾ＭｎｍＰＸｘ＾Ｗ）材料被首次报道??之后，引起研究者的高度关注？。为减少Ｃｏ涨价带来的成本??压力，国内外已开展了三元材料低Ｃｏ甚至无Ｃｏ化的研究，此??类材料可能成为未来的主流正极材料［９］。??Ｌｉ?ｎ）〇２与ＬｉＣｏ０２结构有相似之处。以??ＮＣＭ１１１型三元材料为例，其中Ｌｉ＋位于结构中３ａ位置，Ｎｉ、??Ｍｎ、Ｃｏ随机分布在３ｂ的位置，晶格氧占据６ｃ位置［图２（ａ）］。??其中过渡金属层结构由Ｎｉ、Ｍｎ
和电荷迁移阻抗均迅速増加，导??致其电池低温性能较差。??１．２三元材料及电池??自２００１年，ＬｉＣＮｔｆｏ＾ＭｎｍＰＸｘ＾Ｗ）材料被首次报道??之后，引起研究者的高度关注？。为减少Ｃｏ涨价带来的成本??压力，国内外已开展了三元材料低Ｃｏ甚至无Ｃｏ化的研究，此??类材料可能成为未来的主流正极材料［９］。??Ｌｉ?ｎ）〇２与ＬｉＣｏ０２结构有相似之处。以??ＮＣＭ１１１型三元材料为例，其中Ｌｉ＋位于结构中３ａ位置，Ｎｉ、??Ｍｎ、Ｃｏ随机分布在３ｂ的位置，晶格氧占据６ｃ位置［图２（ａ）］。??其中过渡金属层结构由Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ组成，且由６个晶格氧包围??形成ＭＣ＾ＭｚＮｋＣｏ或Ｍｎ）八面体结构，而锂离子嵌人Ｍ０６层??之间？。在充放电过程中，锂离子在Ｍ０６层间结构中脱嵌，参??与电化学反应的电对分别为ＮＰ／Ｎｉ＇ＮＰ／Ｎｉ４—和Ｃｏ＾ＶＣｏ４？，??而Ｍａ元素为电化学惰性，不贡献电化学容量。??图２?不存在Ｌｉ／Ｎｉ混排⑻和存在Ｌｉ／Ｎｉ混排（ｂ）的三元材料的结构图??按Ｎｉ含量比例可将三元材料和电池分为常规型和高键??型。随着Ｎｉ含量的提高，可脱嵌锂增加，材料容量及电池能量??密度提高（图３）？，因此高镍型三元材料和电池是当前研究的??热点并充满挑战。首先，由于ＮＰ半径（０．０６９?ｎｍ；）与Ｌｉ＋半径??（０．０７６?非常接近，随着Ｎｉ含量提高，高镍三元材料在高温??烧结制备时产生Ｌｉ／Ｎｉ混排［图２（ｂ）］概率急剧加大，而进入??Ｍ０６层的锂脱嵌较为困难，阻碍Ｌｉ＋传输能力，导致比容量降??低及循环性能降低并很难逆转；其次，随着Ｎｉ含量的提高，材??料中ＮＰ的比例也随之提高，而ＮＰ非常不稳定，暴露在
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池热安全性研究进展[J]. 杜光超,郑莉莉,张志超,冯燕,王栋,戴作强. 储能科学与技术. 2019(03)
[2]我国电网侧典型兆瓦级大型储能电站概况综述[J]. 李建林,徐少华,靳文涛. 电器与能效管理技术. 2017(13)
[3]能源互联网背景下的电力储能技术展望[J]. 李建林,田立亭,来小康. 电力系统自动化. 2015(23)
[4]锂离子电池三元正极材料的研究进展[J]. 邹邦坤,丁楚雄,陈春华. 中国科学:化学. 2014(07)
本文编号：2910601
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/2910601.html
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