三元鋰電池作為鋰電池族(zu)類中使用得較為(wei)廣泛的一種(zhong)電(dian)池，在很多(duo)3C電(dian)子產(chan)品(pin)中都有(you)其身影，甚至在新能源汽車電(dian)池領(ling)域也(ye)有(you)一席之地，那么(me)三元鋰(li)電(dian)池壽命怎(zen)么(me)樣，有(you)什(shen)么(me)優缺點呢(ni)？

什么是三元鋰電池?

在自然界中，鋰(li)(li)(li)元素是(shi)(shi)最(zui)輕的(de)(de)(de)，原子(zi)質量最(zui)小的(de)(de)(de)金(jin)屬(shu)，它的(de)(de)(de)原子(zi)量為(wei)(wei)6.94g/mol，ρ=0.53g/cm3。鋰(li)(li)(li)化學(xue)性(xing)(xing)質活(huo)潑，極易失去電子(zi)被(bei)氧化為(wei)(wei)Li+，因(yin)此標(biao)準(zhun)電極電位最(zui)負，為(wei)(wei)-3.045V，電化學(xue)當量最(zui)小，為(wei)(wei)0.26g/Ah，鋰(li)(li)(li)元素的(de)(de)(de)這些特點決定了它是(shi)(shi)一種具有很高(gao)比能(neng)量的(de)(de)(de)材(cai)料(liao)。三(san)(san)元鋰(li)(li)(li)電池是(shi)(shi)指采用(yong)鎳鈷(gu)錳三(san)(san)種過渡金(jin)屬(shu)氧化物為(wei)(wei)正極材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)鋰(li)(li)(li)二次電池。它充分綜合(he)(he)了鈷(gu)酸(suan)鋰(li)(li)(li)良好的(de)(de)(de)循環性(xing)(xing)能(neng)、鎳酸(suan)鋰(li)(li)(li)的(de)(de)(de)高(gao)比容(rong)量和(he)錳酸(suan)鋰(li)(li)(li)的(de)(de)(de)高(gao)安全性(xing)(xing)及低(di)成本等(deng)特點，利(li)用(yong)分子(zi)水平混(hun)合(he)(he)、摻雜(za)、包覆(fu)和(he)表面(mian)修(xiu)飾等(deng)方法合(he)(he)成鎳鈷(gu)錳等(deng)多(duo)元素協同的(de)(de)(de)復合(he)(he)嵌(qian)鋰(li)(li)(li)氧化物。是(shi)(shi)目前被(bei)廣泛研究和(he)應用(yong)的(de)(de)(de)一種鋰(li)(li)(li)離子(zi)可(ke)充電電池。

1、三元鋰電池壽命

所謂鋰(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)壽命(ming)是指電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)在使(shi)用過(guo)一(yi)(yi)段時間后，容(rong)(rong)(rong)量(liang)衰減(jian)為標稱容(rong)(rong)(rong)量(liang)（室溫25℃，標準大(da)氣壓，且以0.2C放電(dian)(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)容(rong)(rong)(rong)量(liang)）的(de)(de)(de)(de)70%，即可(ke)認為壽命(ming)終止。行業內(nei)一(yi)(yi)般以鋰(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)滿充滿放的(de)(de)(de)(de)循環次(ci)數(shu)來計算循環壽命(ming)。在使(shi)用的(de)(de)(de)(de)過(guo)程中，鋰(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)內(nei)部會發(fa)生不可(ke)逆的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)化(hua)學反應導(dao)致容(rong)(rong)(rong)量(liang)下降，比如(ru)電(dian)(dian)(dian)解液的(de)(de)(de)(de)分解，活性材料(liao)的(de)(de)(de)(de)失活，正(zheng)負極結構的(de)(de)(de)(de)坍塌導(dao)致鋰(li)離子嵌入和脫嵌的(de)(de)(de)(de)數(shu)量(liang)減(jian)少等等。實驗標明，更高倍率的(de)(de)(de)(de)放電(dian)(dian)(dian)會導(dao)致容(rong)(rong)(rong)量(liang)更快(kuai)的(de)(de)(de)(de)衰減(jian)，如(ru)果放電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)流較低，電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)電(dian)(dian)(dian)壓會接(jie)近平衡電(dian)(dian)(dian)壓，能釋(shi)放出更多的(de)(de)(de)(de)能量(liang)。

三元鋰(li)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)的理論壽命約為(wei)(wei)800次(ci)(ci)循環，在(zai)(zai)商業化(hua)的可充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)鋰(li)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)中(zhong)屬于(yu)中(zhong)等。磷酸鐵鋰(li)約為(wei)(wei)2000次(ci)(ci)，而鈦酸鋰(li)據說可以達到1萬(wan)次(ci)(ci)循環。目前主流(liu)的電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)廠家在(zai)(zai)其生產(chan)的三元鋰(li)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)電(dian)(dian)(dian)(dian)芯(xin)規格書(shu)中(zhong)承(cheng)諾大于(yu)500次(ci)(ci)（標準條件下(xia)充(chong)放(fang)(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)），但是(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)芯(xin)在(zai)(zai)配組做成(cheng)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)包后，由于(yu)一致性問題，主要是(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)和內阻不(bu)可能完全一樣，其循環壽命大約為(wei)(wei)400次(ci)(ci)。廠家推薦(jian)SOC使用窗口為(wei)(wei)10%~90%，不(bu)建議進行深度(du)充(chong)放(fang)(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)，不(bu)然會對電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)的正負極結構造(zao)成(cheng)不(bu)可逆的損傷，若(ruo)是(shi)以淺(qian)充(chong)淺(qian)放(fang)(fang)來計算的話，循環壽命至少有1000次(ci)(ci)。另外，鋰(li)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)若(ruo)是(shi)經常在(zai)(zai)高(gao)倍率和高(gao)溫(wen)環境下(xia)放(fang)(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)，電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)壽命會大幅下(xia)降到不(bu)足200次(ci)(ci)。

三元鋰電池優缺點

三元鋰電(dian)(dian)池(chi)在容量與(yu)安全性方面(mian)比較均衡(heng)，是一款綜合性能(neng)優異的電(dian)(dian)池(chi)。三種金屬元素(su)的主(zhu)要作(zuo)用和優缺點如(ru)下(xia)：

Co3+：減(jian)少陽離子(zi)混合(he)占位，穩定(ding)材料的層(ceng)狀結構，降低阻抗值(zhi)，提高電導(dao)率(lv)，提高循環和倍(bei)率(lv)性(xing)能。

Ni2+：可(ke)提(ti)高材(cai)料的容量(liang)(liang)（提(ti)高材(cai)料的體積能量(liang)(liang)密度），而由(you)于Li和Ni相似的半(ban)徑(jing)，過(guo)多的Ni也會因(yin)為與Li發生(sheng)位錯現象(xiang)導致鋰(li)鎳(nie)混排，鋰(li)層中鎳(nie)離子濃(nong)度越大，鋰(li)在層狀(zhuang)結構中的脫嵌越難(nan)，導致電化學性能變差。

Mn4+：不僅可(ke)(ke)以(yi)降低(di)材料成(cheng)本，而且還可(ke)(ke)以(yi)提高材料的(de)安全性和穩定性。但過高的(de)Mn含量會容易出現尖晶石(shi)相而破壞層狀結(jie)構，使容量降低(di)，循環衰減。

能量密度高是三元鋰電池的最大優勢，而電壓平臺是電池能量密度的重要指標，決定著電池的基本效能和成本，電壓平臺越高，比容量越大，所以同樣體積、重量，甚至同樣安時的電池，電壓平臺比較高的三元材料鋰電池續航時間更長。單體三元鋰電池放電電壓平臺高達3.7V，磷酸鐵鋰電池為3.2V，而鈦(tai)酸(suan)(suan)鋰僅為2.3V，因此從能(neng)量密(mi)度角度來(lai)說，三元鋰電池比磷酸(suan)(suan)鐵鋰，錳酸(suan)(suan)鋰或(huo)者鈦(tai)酸(suan)(suan)鋰具(ju)有絕對優勢。

安全(quan)性較(jiao)(jiao)差(cha)和循(xun)環壽命較(jiao)(jiao)短是(shi)三(san)元(yuan)鋰(li)電池(chi)的(de)(de)主(zhu)要短板，尤其是(shi)安全(quan)性能，是(shi)一(yi)直限制其大規(gui)模(mo)配組(zu)，和大規(gui)模(mo)集成應用(yong)的(de)(de)一(yi)個主(zhu)要因(yin)素。大量實測(ce)表(biao)明，容量較(jiao)(jiao)大的(de)(de)三(san)元(yuan)電池(chi)很(hen)難通過針(zhen)刺和過充等安全(quan)性測(ce)試(shi)，這(zhe)也(ye)是(shi)大容量電池(chi)中一(yi)般(ban)都要多(duo)引入錳元(yuan)素，甚(shen)至混合錳酸鋰(li)一(yi)起使(shi)用(yong)的(de)(de)原因(yin)。500次的(de)(de)循(xun)環壽命在鋰(li)電池(chi)中屬(shu)于中等偏(pian)下，因(yin)此三(san)元(yuan)鋰(li)電池(chi)目前最主(zhu)要的(de)(de)應用(yong)領域(yu)是(shi)3C數碼等消(xiao)費類電子產品(pin)。