锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂(三类锂电池材料特性比较)

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1、锰酸锂简介锰酸锂是一种很有前途的锂离子正极材料。与钴酸锂等传统正极材料相比，锰酸锂具有资源丰富、成本低、无污染、安全性好、倍率性能好等优点。它是动力电池的理想正极材料，但其较差的循环性能和电化学稳定性极大地限制了其产业化。锰酸锂主要包括尖晶石锰酸锂和层状锰酸锂，其中尖晶石锰酸锂结构稳定，易于实现工业化生产。现在市场上所有的产品都是这种结构。尖晶石型锰酸锂属于立方晶系，Fd3m空间群，理论比容量为148 mAh/g，由于其三维隧道结构，锂离子可以从尖晶石晶格中可逆脱嵌而不会引起结构的坍塌，因此具有优异的倍率性能和稳定性。

2、如今，锰酸锂能量密度低、循环性能差的传统观点得到了很大的改善(万里新能源典型值：123mAh/g，400次，高循环型典型值：107mAh/g，2000次)。表面改性和掺杂能有效修饰其电化学性能，表面改性能有效抑制锰的溶解和电解质分解。掺杂可以有效抑制充放电过程中的Jahn-Teller效应。表面改性和掺杂的结合无疑可以进一步提高材料的电化学性能，相信将成为未来尖晶石锰酸锂改性的研究方向之一。

3、三元材料简介三元锂聚合物是以锂镍钴锰三元正极材料为正极材料的锂电池。锂离子电池正极材料有很多种，包括钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸亚铁锂等。三元材料结合了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂的优点，具有容量高、成本低、安全性好等优良特性。在小型锂电池中逐渐占据一定的市场份额，在动力锂电池领域具有良好的发展前景。

4、钴金属是锂电池的基本材料。然而，金属钴一方面昂贵，另一方面有毒。近年来，和韩国的领先企业以及国内电池制造商都致力于电池中的“少钴”。在这种趋势下，由镍、钴、锰盐制备的Ni-Co-Li-mn2o 4三元材料逐渐受到人们的推崇。从化学性质来看，三元材料属于过量金属氧化物，电池能量密度高。

5、虽然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，成本明显降低。而且兼具钴酸锂和镍酸锂的优点。近年来，随着国内外厂商产量的不断增加，以三元材料为正极材料的锂电池取代商用钴酸锂的趋势已经非常明显。

6、这项新技术完全适用于电动汽车、智能手机、可穿戴设备或充电宝。特斯拉[微博]率先将三元电池应用于电动汽车。ModelS的续航里程为486公里，电池容量为85kWh，3.4AH的松下18650电池有8142个，工程师将这些电池以砖块和碎片的形式逐一均匀分布，最终形成一个整体电池组，位于车身底部。

7、从全球范围来看，各方对三元材料的研发和生产都在不断推进。在这个过程中，材料的性能得到了极大的提高，应用领域得到了一次次的拓展。和韩国公司是三元电池研发的领导者。我国三元材料生产始于2005年左右，目前已出现十余家大型企业。

8、磷酸铁锂简介磷酸亚铁锂作为锂动力电池的材料是近几年才出现的，国内开发大容量磷酸铁锂电池是在2005年。其安全性能和循环寿命是其他材料无法比拟的，这些是动力电池最重要的技术指标。1C循环寿命可达2000次。单体电池的过充电压是30V，所以不会燃烧，爆胎也不会爆炸。磷酸亚铁锂正极材料制成的大容量锂离子电池更容易串联使用，满足电动汽车频繁充放电的需求。

9、磷酸亚铁锂具有无毒、无污染、安全性能好、原料来源广泛、价格低廉、使用寿命长等优点，是新一代锂离子电池的理想正极材料。磷酸铁锂电池也有它的缺点。比如磷酸亚铁锂正极材料振实密度小，同样容量的磷酸铁锂电池体积比钴酸锂电池大，在微型电池中没有优势。

10、由于磷酸亚铁锂材料的固有特性，其低温性能不如锰酸锂等其他正极材料。一般来说，对于单节电池(注意是单节电池而不是电池组，为此测得的低温性能可能略高，与散热条件有关)，其容量保持率在0时约为60 ~ 70%，-10时约为40 ~ 55%，-20时约为20 ~ 40%。这样的低温性能显然不能满足电源的要求。目前已有部分厂商通过改进电解液体系、正极配方、材料性能、电芯结构设计来提高磷酸亚铁锂的低温性能。

11、电池存在一致性问题。磷酸铁锂电池目前寿命在2000次以上，但是电池组寿命会大大降低，可能是500次。由于电池组是由大量单体电池串联而成，其工作状态就像一群人用绳子一起跑。即使每个人都是短跑运动员，如果每个人的动作一致性不高，团队

14、　　从上述表格中可以看到，锰酸锂材料价格最低，每吨5-6万元，相应的电池循环寿命次数、储存性能的表现也是最一般的，分别是≥300次，月衰减5%以上。三元材料锂电池材料价格每吨16-20万元，储存性能表现最好，月衰减1-2%，电池循环寿命≥600次。锂酸亚铁锂材料价格每吨15-18万元，电池循环寿命表现最好≥1500次，储存性能在三者当中表现中等，月衰减3%。

15、　　上表中提到的数值是三类锂电表现的硬性参数，锂电的安全性、稳定性、耐低温等性能同样是综合评判锂电性能的重要指标。

16、　　1、锰酸锂

17、　　高温性能、循环性能、储存性能较差，锰在高温情况下易分解，电池组的使用寿命短不易存储。

18、　　2、三元材料锂电池

19、　　高低温、循环、安全性、存储及个项电性能都比较平均。体积比能量高，材料价格适中并且性能稳定。

20、　　3、磷酸亚铁锂

21、　　安全性能好，电导率低，体积比能量低，材料成本高，低温性能很差，不能满足电动车冬天使用。

22、　　虽然三元材料在国内外都有研发，但是钴元素日益缺乏，成本较高，很难大批量应用于动力锂电，但是可以和锰酸锂在一定范围内混合使用。

23、　　总体而言，三类锂电池各有优缺点，在市场当中都得到了不同层次的应用，但三元材料资源匮乏的问题是无法弥补的。因此有业内人士认为，锰酸电池将会是未来动力方面的主宰，三元材料最多将与锰酸锂混合使用，而磷酸铁锂，由于其安全性问题是没有办法可以避免的，所以，用于对安全性要求很高的动力方面来说并不适合。

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