三元锂电池寿命及优缺点？

什么是三元锂电池？

在自然界中，锂是最轻、原子质量最小的金属，其原子量为6.94g/mol，ρ=0.53g/cm3。锂化学性质活泼，容易失去电子而被氧化成Li+。因此，标准电极电位最负，为-3.045V，电化学当量最小，为0.26g/Ah。具有高比能的材料。三元锂电池是指以镍、钴、锰三种过渡金属氧化物为正极材料的锂二次电池。充分融合了钴酸锂良好的循环性能、镍酸锂的高比容量以及锰酸锂的高安全性和低成本。它采用分子水平混合、掺杂、包覆和表面改性来合成镍。钴锰等多元素协同复合嵌锂氧化物。是一种被广泛研究和应用的锂离子充电电池。

三元锂电池寿命

所谓的锂电池life是指电池使用一段时间后，容量衰减到标称容量的70%（室温25℃，标准大气压下的电池容量，0.2C放电的电池容量)，这可以被认为是生命的终结。业内一般以锂电池完全放电的循环次数来计算循环寿命。在使用过程中，锂电池内部会发生不可逆的电化学反应，导致容量下降，如电解液分解、活性物质失活、正负极结构崩解等，导致锂离子嵌入和脱嵌的数量减少等。

三元锂电池的理论寿命约为800次循环，在商用可充电锂电池中属于中等水平。磷酸铁锂的循环次数约为 2,000 次，而钛酸锂据说可以循环 10,000 次。目前主流电池厂商在其三元电池规格中都承诺500次以上（标准条件下充放电）。电阻不可能完全一样，其循环寿命在400次左右。厂商建议SOC使用窗口为10%~90%。不建议进行深度充放电，否则会对电池正负极结构造成不可逆的损坏。如果按浅充浅放计算，循环寿命至少为1000次以上。此外，

三元锂电池的优缺点

三元锂电池在容量和安全性方面比较均衡，是一种综合性能优异的电池。三种金属元素的主要作用和优缺点如下：

Co3+：减少阳离子混合占据，稳定材料的层状结构，降低阻抗值，提高导电率，提高循环和倍率性能。

Ni2+：可以提高材料的容量（提高材料的体积能量密度），由于Li和Ni的半径相近，过多的Ni也会引起与Li的位错现象造成锂的混合排列和镍，锂层中镍离子的浓度越大，层状结构中的锂越难脱嵌，导致电化学性能较差。

Mn4+：不仅可以降低材料成本，还可以提高材料的安全性和稳定性。但Mn含量过高易出现尖晶石相，破坏层状结构，降低容量，缩短循环。

高能量密度是三元锂电池的最大优势，而电压平台是电池能量密度的重要指标，决定了电池的基本性能和成本。电压平台越高，比容量越大，所以同样的体积、重量，甚至同样一个小时的电池，比电压平台更高的三元材料锂电池的续航时间更长。单体三元锂电池的放电电压平台高达3.7V，磷酸铁锂为3.2V，钛酸锂仅为2.3V。因此，从能量密度来看，三元锂电池优于磷酸铁锂、锰酸锂或磷酸铁锂。钛酸锂具有绝对的优势。

安全性差、循环寿命短是三元锂电池的主要缺点，尤其是安全性能，一直是限制其大规模配置和大规模集成应用的主要因素。大量实测表明，容量大的三元电池很难通过针刺、过充等安全测试，这也是为什么大容量电池一般会引入更多的锰元素，甚至掺入锰酸锂。500次的循环寿命属于锂电池的中下部，所以三元锂电池的主要应用领域是3C数码等消费电子产品。