三元电池,三元聚合物电池或是三元聚合物锂电池等指的是三元锂电池,那三元锂电池是什么呢?
这就要先说制造三元锂电池用的三元材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2了。
三元材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的结构特点:
LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料具有与LiCoO2相似的单一的基于六方晶系的a-NaFeO2型层状岩盐结构,空间点群为R3m。锂离子占据岩盐结构(111)面的3a位,过渡金属离子占据3b位,氧离子占据6c位,每个过渡金属原子由6个氧原子包围形成MO6八面体结构,而锂离子嵌入过渡金属原子与氧形成的Ni1/3Co1/3Mn1/3O层。因为二价镍离子的半径(0.069nm)与锂离子的半径(0.076nm)
相接近,所以少量镍离子可能会占据3a位,导致阳离子混合占位情况的出现,而这种混合占位使得材料的电化学性能变差。通常在XRD中,将(003)/(104)峰的强度比以及(006)/(012)和(018)/(110)峰的分裂程度作为阳离子混合占位情况的标志。一般情况下,(003)/(104)峰的强度比高于1.2,且(006)/
(012)和(018)/(110)峰出现明显分裂时,层状结构明显,材料的电化学性能优良。LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的晶胞参数a=2.8622A、c=14.2278A。在晶格中镍、钻、锰分别以+2、+3、+4价存在,同时也存在少量的Ni3+和Mn3+,在充放电过程中,除了有Co3+/4+的电子转移外,还存在Ni2+/3+和Ni3+的电子转移,这也使得材料具有了更高的比容量。Mn4+只是作为一种结构物质而不参与氧化还原反应。Koyama等提出2个描述LiNi1sCou3Mnm3O2晶体结构模型,即具有
[v3xV3]R30°型超结构[Ninaco1sMn1]层的复杂模型,晶胞参数a=4.904
A.c=13.884A.晶格形成能为-0.17eV和CoO2、NiO2和MnO2层有序堆积的简单模型,晶格形成能为+0.06eV。因此,在合适的合成条件下,完全可以形成第一种模型,这种晶型在充放电过程中可以使晶格体积变化达到最小,能量有所降低,有利于晶格保持稳定。
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能量密度:125-160Wh/kg
充放电能力:5-10C(20-80%DOD)
温度范围:-40℃—65℃
自耗电:≤3%/月
过充电、过放电、针刺、 挤压、短路、
撞击、高温、枪击时电池不燃烧、爆炸。
动力电池循环寿命不低于2000次,
80%容量保持率;
电池管理系统可靠、稳定、适应性 强,
符合国军标要求。