手电筒锂电池定制-美安时

我们经常谈论三元锂电池或铁锂电池，它们是根据正极活性材料命名的。本文总结了六种常见的锂电池类型及其主要性能参数。

众所周知，同一技术路线的电池具体参数并不完全相同。本文展示了当前参数的一般水平。六种锂电池包括：钴酸锂（LiCoo2）、锰酸锂（LiMn2o4）、镍钴锰酸锂（LiNiMnCo2或NMC）、镍钴铝酸锂（LiNiCoAlo2或NCA）、磷酸铁锂（LiFePo4）和钛酸锂（Li4Ti5o12）。

钴酸锂(LiCoo2)

其高比能量使钴酸锂成为手机、笔记本电脑和数码相机的热门选择。电池由氧化钴阴极和石墨碳阳极组成。阴极具有分层结构。在放电过程中，锂离子从阳极移动到阴极，充电过程相反。

阴极具有分层结构。在放电过程中，锂离子从阳极移动到阴极；充电时，流量从阴极流向阳极。

钴酸锂的缺点是使用寿命相对较短，热稳定性低，负载能力有限(比功率)。与其他钴混合锂离子电池一样，钴酸锂采用石墨阳极，其循环寿命主要受固体电解质界面的影响（SEI）限制主要表现在SEI膜的逐渐增厚和快速充电或低温充电过程中的阳极镀锂问题上。更新的材料体系增加了镍、锰和/或铝，以提高使用寿命、负荷能力和降低成本。钴酸锂不得以高于容量的电流充放电。这意味着18650具有2、400mah的电池只能以小于等于2、400ma的方式充放电。强制快速充电或施加超过2400ma的负荷会导致过热和超负荷应力。为获得最佳快速充电，厂家建议充电率为0.8C或2000ma左右。电池保护电路将能量单元的充放电速率限制在1C左右的安全水平。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；具体功率或提供大电流的能力；安全；高低温环境下的性能；寿命包括日历寿命和循环寿命；成本特性。蜘蛛图中未显示的其他重要特征还包括毒性、快速充电能力、自放电和保质期。由于钴的高成本和与其他活性阴极材料混合的显著性能改善，钴酸锂正逐渐被锰酸锂所取代，尤其是NMC和NCA。(请参考以下对NMC和NCA的描述。）

钴酸锂在高比能量方面表现良好，但在功率特性、安全性和循环寿命方面只能提供一般性能

锰酸锂(LiMn2O4)

尖晶锰酸锂电池首次在1983年的材料研究报告中发表。1996年，Moli能源公司将锰酸锂作为阴极材料的锂离子电池商业化。该结构形成了一个三维尖晶石结构，可以改善电极上的离子流动，从而降低内部电阻，提高电流承载能力。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型电池，锰酸锂电池可在20-30A电流下放电，热积累适度。它还可以施加高达50A1秒的负载脉冲。在这个电流下，持续的高负荷会导致热量积累，电池温度不能超过80°C（176°F）。锰酸锂用于电动工具、医疗器械、混合动力和纯电动汽车。图4显示了锰酸锂电池阴极上的三维晶体骨架。尖晶石结构通常由连接成晶格的钻石形状组成，通常出现在电池中。

锰酸锂的容量约为钴酸锂的三分之一。设计灵活性使工程师能够选择最大限度地延长电池的使用寿命，或提高最大负载电流（比功率）或容量（比能量）。例如，18650电池的长寿命版本只有1100mah的中等容量；高容量版本达到1500mah。图5显示了典型锰酸锂电池的蜘蛛图。这些特性参数似乎并不理想，但新设计在功率、安全性和使用寿命方面都有所改善。纯锰酸锂电池今天不再普遍，它们只在特殊情况下使用。

大多数锰酸锂和锂镍锰钴氧化物（NMC）混合以提高比能量和延长寿命。这种组合带来了每个系统的最佳性能，而大多数电动汽车，如日产Leaf、雪佛兰Volt和宝马i3，都选择了LMO（NMC）。电池的LMO部分可达30%％加速时可以提供更高的电流；NMC部分提供了很长的续航里程。锂离子电池研究倾向于将锰酸锂与钴、镍、锰和/或铝结合为活性阴极材料。在某些结构中，在阳极上添加了少量硅。这提供了25％容量增加；然而，硅随着充放电的膨胀和收缩而引起机械应力，容量增加通常与短循环寿命密切相关。可以方便地选择这三种活性金属和硅增强来提高比能（容量）、比功率（负载能力）或寿命。消费电池需要大容量，工业应用需要电池系统，负载能力好，使用寿命长，提供安全可靠的服务。

镍钴锰酸锂(LiNiMnCoo2或NMC)

最成功的锂离子系统之一是镍锰钴（NMC）阴极组合。与锰酸锂类似，该系统可定制为能量电池或功率电池。例如，18650电池中的NMC容量约为2800mah，可提供4A至5A放电电流；同类NMC优化特定功率时，容量仅为2000mah，但可提供20A连续放电电流。硅基阳极将达到4000mah以上，但负载能力降低，循环寿命缩短。石墨中添加的硅有缺陷，即阳极随充放电膨胀收缩，使电池机械应力结构不稳定。NMC的秘密在于镍和锰的结合。与盐类似，主要成分钠和氯化物本身有毒，但作为调味盐和食品保存剂混合。镍以其高比能量而闻名，但稳定性差；锰尖晶石结构可实现低内阻，但低于能量。这两种活性金属具有互补的优势。这两种活性金属的优点是相辅相成的。

NMC是电动工具、电动自行车和其他电力系统的首选电池。阴极组合通常是三分之一镍、三分之一锰和三分之一钴，也被称为1-1-1。这提供了一种独特的混合物，由于钴含量的降低，也降低了原材料的成本。另一个成功的组合是NCM，包括5镍、3钴和2锰（5-3-2）。也可以使用其他不同数量的阴极材料组合。由于钴的高成本，电池制造商从钴系统转向镍阴极。镍基系统比钴基电池具有更高的能量密度、更低的成本和更长的循环寿命，但其电压略低。新的电解质和添加剂可以使单个电池充电到4.4V以上，从而增加电量。

由于该系统具有良好的经济性和综合性能，NMC混合锂离子电池越来越受到重视。镍、锰和钴三种活性材料可以很容易地混合，以适应汽车和能源存储系统的频繁循环（EES）广泛应用。NMC家族的多样性正在增长。总结表

磷酸铁锂(LiFePO4)

一九九六年，德克萨斯大学发现磷酸盐可以作为再充电锂电池的阴极材料。磷酸锂具有良好的电化学性能和低电阻。它是由纳米级磷酸盐阴极材料制成的。其主要优点是高额定电流和长循环寿命；良好的热稳定性，提高了安全性和对滥用的容忍度。若长时间保持在高电压下，磷酸锂对所有充电条件的耐受性较强，且应力小于其它锂离子系统。缺点是3.2V电池的低标称电压使锂离子电池的能量低于钴掺杂锂离子电池。对大多数电池而言，低温会降低性能，提高储存温度会缩短使用寿命，磷酸锂也不例外。磷酸锂自放电比其他锂离子电池高，可能会导致衰老和平衡。虽然可以通过选择优质电池或使用先进的电池管理系统来弥补，但这两种方法都增加了电池组的成本。电池寿命对制造过程中的杂质非常敏感，无法承受水分的混合。由于水分杂质的存在，有些电池的最短寿命只有50个循环。

常用磷酸锂代替铅酸启动电池。四个串联电池产生12.80V，类似于六个2V铅酸电池串联的电压。车辆将铅酸充电到14.40V(2.40V/电池)并保持浮动充电状态。浮动充电的目的是保持充电水平，防止铅酸电池硫酸化。通过串联四个磷酸锂电池，每个电池的电压为3.60V，这是一个正确的充电电压。此时应断开充电，但开车时应继续充电。磷酸锂可以容忍一些过度充电；然而，由于大多数车辆在长途旅行中长时间保持电压。

镍钴铝酸锂(LiNiCoAlO2或NCA)

自1999年以来，镍钴铝酸锂电池或NCA得到了应用。其比能量高，比功率好，使用寿命长，与NMC有相似之处。安全和成本并不令人愉快。

钛酸锂(Li4Ti5O12)

自20世纪80年代以来，钛酸锂阳极的电池已经为人们所知。在典型的锂离子电池阳极中，钛酸锂代替石墨，材料形成尖晶石结构。锰酸锂或NMC可作为阴极。钛酸锂的标称电池电压为2.40V，可快速充电，并提供10C高放电电流。据说循环次数高于常规锂离子电池的循环次数。钛酸锂是安全的，具有优异的低温放电特性，在-30。°C（-22°F）时可获得80％的容量。LTO(通常是Li4Ti5O12)零应变，在快速充电和低温充电时没有SEI膜形成和锂电镀现象，因此Li-离子和石墨阳极的充放电性能优于传统钴混合物。与其它锂离子系统相比，高温热稳定性更好；但是，电池价格昂贵。低于能量，只有65Wh/kg，相当于NiCd。钛充电到2.80V，放电结束时为1.80V。图13显示了钛酸锂电池的特性。电力传动系统、UPS和太阳能路灯是典型的用途。

NCA比能量最高；但锰酸锂和磷酸铁锂在功率和热稳定性方面优越。钛酸锂的使用寿命最长。