《新能源汽车电池及管理系统检修》课件-三元电池

Page11、三元电池（见视频）

三元材料是与钴酸锂结构极为相似的锂镍钴锰氧化物（LiNixCoyMn1-x-yO2）的俗称，这种材料在比能量、循环性、安全性和成本方面可以进行均衡和调控。三元电池全称“三元聚合物锂电池”，由于其优异的电化学性能、较高的能量密度、较低的生产成本正受到研究人员和锂电行业的广泛关注，已经成为我国纯电动乘用车市场的主流电池。Page21、三元电池

三元材料用通式LiNixCoyMn1-x-yO2表示，通常使用NCM作为这种材料的简称。目前三元材料常见配比有NCM333、523、622、811等，数字代表三种元素在正极材料中所占比例，比如NCM811代表的就是镍钴锰三种元素所占比例为8：1：1。NCA（LiNi0.8Co0.15Al0.05O2）则是将其中的锰元素用铝元素来替代，一定程度上改善材料的结构稳定性，也是一种三元材料。活性物质分子式缩写比容量/mAh·g-1LiFePO4LFP160LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2NCM333160LiNi0.5Mn0.2Co0.3O2NCM523180LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2NCM811220LiNi0.8Co0.15Al0.05O2NCA220220表

三元材料常用正极活性物质及比容量对比统计Page31、三元电池

不同比例NCM材料的优势不同，Ni表现高的容量，低的安全性；Co表现高成本，高稳定性；Mn表现高安全性、低成本。目前关于提高动力电池能量密度的重点主要在于提高正极材料比容量，其中最主流的观点就是提高三元材料的镍含量。镍在三元正极材料中充当活性成分，镍含量越高，可参与电化学反应的电子数越多，材料放电比容量越高，但镍含量的提高也将对材料的性能造成一系列影响。类别钴酸锂锰酸锂磷酸铁锂镍钴锰(三元材料)耐过充不耐耐耐不耐氧化性很强一般弱强过充极限0.5C/6V3C/10V3C/10V0.5C/6V用作动力电池的安全性很不安全安全性能好安全性能好不安全安全容量1Ah10~30Ah可达100Ah/大功率能力好很好一般/价格昂贵低廉低廉一般表

不同正极材料的锂离子电池性能对比41、三元电池工作原理（见视频）三元锂蓄电池具有电压平台高、能量密度高、低温性能好等优点。单体能量密度超过250Wh/Kg。电压平台是能量密度的重要指标，决定动力蓄电池的基本效能和成本，因此对电压平台的选用，有重要的意义。14电压平台高能量密度高低温性能好2.三元锂蓄电池的特点与应用（1）三元锂蓄电池的特点——优点电压平台越高，比容量越大，与同样体积、重量、甚至同样安时的磷酸铁锂蓄电池，肯定三元锂蓄电池的续航里程会更远。三元锂蓄电池的活性锂与电解液发生化学反应，释放热量，因此三元锂蓄电池的低温性能比磷酸铁锂蓄电池好。14电压平台高能量密度高低温性能好2.三元锂蓄电池的特点与应用（1）三元锂蓄电池的特点——优点如：电池成组成PACK后整体输出的效率较低，最大持续输出1C放电倍率；容量衰减较快，充电SOC从0～100%循环900次后，电池容量衰减到55%左右，若SOC30%～80%之间循环充电3000次后，电池的容量也会衰减到70%。2.三元锂蓄电池的特点与应用（1）三元锂蓄电池的特点——缺点因此，搭载三元锂蓄电池的车辆不建议SOC充满至100%；安全性差，三元锂蓄电池的温度达到170℃时，电池会分解，并释放氧气。2020年国家重新修订了《电动汽车用动力蓄电池安全要求》，增加了多项动力蓄电池安全试验。其中就包括了电池在热失控的情况下，电池5min内不允许冒烟起火爆炸。常见的三元锂蓄电池有NCM523、NCM622和NCM811三种类型。随着国家补贴的退坡，消费者对长续航里程需求的渴望，主机厂对电池成本的控制，衡量三方利益后，2017年由宁德时代发布的NCM811三元锂蓄电池得到各大主机厂的应用。2.三元锂蓄电池的特点与应用（2）三元锂蓄电池的应用14NCM523NCM622NCM8112.三元锂蓄电池的特点与应用（2）三元锂蓄电池的应用NCM811电池指的是三元锂蓄电池的正极材料镍、钴、锰三种金属比例为8：1：1的电池，与常见的NCM523和NCM622电池相比，提高了镍的含量同时降低钴和锰的量。镍的比例增高，能够增加能量密度，但也带来了更加激烈的电化学反应，影响电池的安全性能。不过，由于减少了钴的用量，NCM811电池也将大幅降低电池的价格，对于车企来说，这样的电池极具吸引力。动力蓄电池必须匹配提升电池管理系统的安全管控，留出更多的冗余，来保障整个动力蓄电池系统的安全。2.三元锂蓄电池的特点与应用（2）三元锂蓄电池的应用

比亚迪汉DM插电式混合动力汽车

三元锂蓄电池Page112、固态电池

三元材料、磷酸铁锂和锰酸锂属于液态电解液锂电池范围，与半固态电解液锂电池和液态电解液锂电池不同的是，固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池。122、固态电池工作原理（见视频）Page132、固态电池

全固态锂电池，是一种使用固体电极材料和固体电解质材料，不含有任何液体的锂电池，主要包括全固态锂离子电池和全固态金属锂电池，差别在于前者负极不含金属锂，后者负极为金属锂。

电解质材料是全固态锂电池技术的核心，电解质材料很大程度上决定了固态锂电池的各项性能参数，如功率密度、循环稳定性、安全性能、高低温性能以及使用寿命等，目前固体电解质的研究主要集中在三大类材料：聚合物、氧化物和硫化物。Page142、固态电池高安全性能；高能量密度；循环寿命长；工作温度范围宽；生产效率提高；具备柔性优势。高阻抗、低倍率（核心难题）；成本高；Page152、固态电池

为使锂电池具有更高的能量密度和更好的安全性，国外锂离子电池厂商和研究院所在固态锂电方面开展了大量的研发工作。

总体来看，现阶段固态电池量产产品很少，产业化进程仍处于早期，对比传统锂电尚未具备竞争优势。未来，随着产业投入逐渐加大，产品性能提升的步伐也望加速。企业及研究机构负极材料固体电解质正极材料主要性能值Bollore金属锂聚合物LFP、LixV3O8100Wh/kg（量产）丰田+松下石墨钛酸锂，Li