常见六种锂电池特性及参数对比

常见六种锂电池特性及参数对比

锂电池是现代科技的重要组成部分，广泛应用于手机、笔记本电脑、电动汽车等领域。本文详细介绍了六种常见的锂电池类型及其主要性能参数，包括钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂和钛酸锂。通过对比它们的比能量、功率特性、安全性、使用寿命和成本等关键指标，帮助读者更好地理解各种锂电池的特点和应用场景。

钴酸锂（LiCoO2）

钴酸锂因其高比能量而成为手机、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。在放电期间，锂离子从阳极移动到阴极；充电时则相反。其结构如图1所示。

图1：钴酸锂结构

钴酸锂的缺点包括寿命较短、热稳定性低和负载能力有限。较新的材料体系通过增加镍、锰和/或铝来提高寿命、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，制造商建议充电倍率为0.8C。

锰酸锂（LiMn2O4）

锰酸锂电池首次发表于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。

图4：锰酸锂结构

锰酸锂的容量大约比钴酸锂低三分之一。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，或者提高最大负载电流或容量。纯锰酸锂电池今天不再普遍；它们只在特殊情况下应用。

镍钴锰酸锂（LiNiMnCoO2或NMC）

最成功的锂离子体系之一是镍锰钴（NMC）的阴极组合。与锰酸锂类似，这个体系可以定制用作能量电池或功率电池。NMC的秘密在于镍和锰的结合。镍以其高比能量而闻名，但稳定性差；锰尖晶石结构可以实现低内阻但比能量低。两种活性金属优势互补。

图7：NMC的蜘蛛图

由于该体系经济性和综合性能表现均比较好，因此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轻松混合，以适应需要频繁循环的汽车和能源存储系统（EES）的广泛应用。

磷酸铁锂（LiFePO4）

磷酸锂具有良好的电化学性能和低电阻。主要优点是高额定电流和长循环寿命；良好的热稳定性，增强了安全性和对滥用的容忍度。缺点是较低的3.2V电池标称电压使得比能量低于钴掺杂锂离子电池。

图9：典型磷酸锂电池的蜘蛛图

镍钴铝酸锂（LiNiCoAlO2或称NCA）

镍钴铝酸锂电池或NCA自1999年以后被应用。它具有较高的比能量，相当好的比功率和长的使用寿命与NMC有相似之处。不太讨人喜欢的是安全性和成本。

图11：NCA的蜘蛛图

钛酸锂（Li4Ti5O12）

钛酸锂代替典型锂离子电池阳极中的石墨，并且材料形成尖晶石结构。阴极可以是锰酸锂或NMC。钛酸锂的标称电池电压为2.40V，可以快速充电，并提供10C的高放电电流。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，具有出色的低温放电特性，在-30°C时可获得80%的容量。

图13：钛酸锂蜘蛛图

铅、镍和锂基电池的比能量对比

图15：铅、镍和锂基电池的典型比能量

NCA享有最高的比能量；然而，锰酸锂和磷酸铁锂在比功率和热稳定性方面优越。钛酸锂具有最好的使用寿命。