按下游應(yīng)用不同可以將鋰電池分為小型的消費(fèi)類鋰電池(3C)、電動(dòng)工具和動(dòng)力型鋰離子電池以及大型的儲(chǔ)能鋰離子電池。從其發(fā)展脈絡(luò)來看,鋰離子電池最早主要應(yīng)用于3C領(lǐng)域,既消費(fèi)類鋰電池。隨著技術(shù)的發(fā)展和電池性能的不斷提高,鋰離子電池逐漸被應(yīng)用在為電動(dòng)工具、電動(dòng)汽車等交通工具提供動(dòng)力,既動(dòng)力電池。此外,儲(chǔ)能領(lǐng)域的發(fā)展使得鋰離子電池又產(chǎn)生一片全新的市場(chǎng)需求。
材料的應(yīng)用向來都是天生我才必有用,“量體裁衣”是正道,對(duì)于具有非常多技術(shù)路線方向的鋰電池來說在不同的細(xì)分市場(chǎng)下其優(yōu)勢(shì)是不同?那當(dāng)下火爆應(yīng)用兩大領(lǐng)域“動(dòng)力鋰離子電池”及“3C消費(fèi)類鋰離子電池”有何特征呢?下文一起來看看。

大個(gè)子VS小家伙
動(dòng)力電池與3C產(chǎn)品電池需求大不同
消費(fèi)型鋰離子電池主要用于手機(jī)、便攜式電腦、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、移動(dòng)電源、電動(dòng)玩具等消費(fèi)電子產(chǎn)品,即所謂“3C產(chǎn)品”的鋰電池電芯及模組,主要形態(tài)分為圓柱、方形和軟包,電池。動(dòng)力型鋰離子電池主要用于電動(dòng)汽車、電動(dòng)工具等動(dòng)力電池的鋰電池電芯及模組,又稱為鋰離子動(dòng)力電池、動(dòng)力鋰電等,按形狀可分為圓柱、方形和軟包電池。根據(jù)其應(yīng)用特點(diǎn),兩者主要有如下不同:
動(dòng)力電池和3C電池需求的主要區(qū)別
要求 | 動(dòng)力電池 | 3C電池 |
壽命 | 5~10年(≥1000cycles,不設(shè)上限) | 2年(500~1000cycles)
|
能量密度 | 重量能量密度 | 體積能量密度 |
成本訴求 | 對(duì)低成本的訴求很高 | 電池占單機(jī)成本比例低,影響不大 |
一致性 | 超高一致性要求 | 這個(gè),得看產(chǎn)商(有些也高,like某果) |
動(dòng)力類鋰離子電池需要更多考慮可靠性和一致性,畢竟要長(zhǎng)時(shí)間(至少5~10年)、惡劣環(huán)境(冬天低溫、夏天暴曬、雨雪)、大量電池串并聯(lián)配組使用。理想上要求動(dòng)力電池出問題(安全、存儲(chǔ)、循環(huán)等)的幾率要在一億分之一以下(當(dāng)然對(duì)于最高端消費(fèi)類電池而言,蘋果也對(duì)供應(yīng)商要求到了這個(gè)級(jí)別)。考慮到可靠性,動(dòng)力類電池一般設(shè)計(jì)冗余更多,使用更厚的隔膜、箔材和外殼,因此能量密度也就大概是消費(fèi)類電池的一半。
消費(fèi)類鋰離子電池使用條件相對(duì)也沒那么嚴(yán)苛,也無需長(zhǎng)時(shí)間可靠性(循環(huán)也無需做得太好,因?yàn)榉凑粌赡昃蜁?huì)換),通常是單獨(dú)使用一般不需要配組,所以對(duì)一致性沒有太大要求,但是由于消費(fèi)類的手機(jī)、平板空間有限并且非常珍貴,因此消費(fèi)類鋰離子電池對(duì)于尺寸要求嚴(yán)格、容量、能量密度等要求很高。
高端的消費(fèi)類電池使用了最先進(jìn)的技術(shù)和材料,而動(dòng)力電池更多是需要先進(jìn)的工藝控制、一致性控制和質(zhì)量管理。
先看看鋰電池類型
鋰電池主要由正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解質(zhì)和電池外殼幾個(gè)部分組成。其中,正極材料是其電化學(xué)性能的決定性因素,對(duì)電池的能量密度及安全性能起主導(dǎo)作用。鋰電池一般按照正極材料體系來劃分,可以分為鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料等多種技術(shù)路線。
表:鋰電池正極材料體系
項(xiàng)目 | 鈷酸鋰(LCO) | 錳酸鋰(LMO) | 磷酸鐵鋰(LFP) | 三元材料 | |
鎳鈷錳酸鋰(NCM) | 鎳鈷鋁酸鋰(NCA) | ||||
比容量(mAh/g) | 140-150 | 100-120 | 130-140 | 150-220 | 210-220 |
循環(huán)壽命(次) | ≥500 | ≥500 | ≥2000 | ≥1000 | ≥500 |
工作電壓(V) | 3.7 | 3.8 | 3.2 | 3.65 | 3.65 |
振實(shí)密度(g/cm3) | 4.0-4.2 | 3.1-3. 3 | 2.0-2.4 | 3.6-3.8 | 3.6-3.8 |
安全性 | 差 | 良好 | 優(yōu)秀 | 較好 | 差 |
成本 | 高 | 低 | 低 | 中 | 中 |
優(yōu)點(diǎn) | 振實(shí)密度大、充放電穩(wěn)定、工作電壓高 | 錳資源豐富、成本低、安全性能好 | 成本低、高循環(huán)次數(shù)、安全性好、環(huán)境友好 | 電化學(xué)性能好、循環(huán)性能好、能量密度高 | 能量密度高、低溫性能好 |
缺點(diǎn) | 鈷價(jià)格昂貴、循環(huán)性能差 、安全性能差 | 能量密度低、循環(huán)性能 差 | 能量密度較低、低溫性能差 | 部分金屬價(jià)格昂貴 | 部分金屬價(jià)格昂貴 |
主要應(yīng)用領(lǐng)域 | 電子產(chǎn)品 | 專用車 | 商用車 | 乘用車 | 乘用車 |
動(dòng)力電池領(lǐng)域:三元電池與磷酸鐵鋰勢(shì)均力敵
正極材料是鋰離子電池的關(guān)鍵材料,對(duì)性能至關(guān)重要差異化程度高,成本占比高,尤其對(duì)于電池成本占單機(jī)成本約40%的電動(dòng)小汽車來說更是的。
不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求決定正極技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。磷酸鐵鋰憑借性價(jià)比和安全優(yōu)勢(shì)在儲(chǔ)能和低續(xù)航乘用車中煥發(fā)活力,高鎳三元憑借高能量密度優(yōu)勢(shì)在高續(xù)航乘用車中擴(kuò)大份額。
目前動(dòng)力電池市場(chǎng)主要有三元鋰電池、LiFePO4電池、LiMn2O4電池、鈦酸鋰電池(根據(jù)正極材料形式命名)等。從動(dòng)力電池整體配套的情況來看,三元鋰電池和LiFePO4電池占據(jù)了動(dòng)力電池的大部分市場(chǎng)。當(dāng)然動(dòng)力電池領(lǐng)域還有一個(gè)非常值得關(guān)注的正極材料:NCA鎳鈷鋁(8:1.5:0.5),單體能量密度高,但門檻也非常高。

3C消費(fèi)類電池領(lǐng)域:鈷酸鋰需求增長(zhǎng),三元材料逐漸滲透
鈷酸鋰正極材料原料雖然有成本高(鈷價(jià)昂貴)、循環(huán)性能差、安全性能差等劣勢(shì)。但由于其振實(shí)密度大、工作電壓高等特點(diǎn),目前在超薄電子產(chǎn)品領(lǐng)域仍有優(yōu)勢(shì),目前在中高端智能手機(jī)、筆記本電腦、平板電腦等領(lǐng)域的應(yīng)用需求保持穩(wěn)定。同時(shí),由于5G手機(jī)更新?lián)Q代后,單臺(tái)手機(jī)帶電量增長(zhǎng)以及消費(fèi)無人機(jī)、TWS耳機(jī)和電子煙等新型消費(fèi)電子產(chǎn)品的不斷出現(xiàn),均對(duì)鈷酸鋰正極材料帶來一定的市場(chǎng)需求增長(zhǎng)。
鈷酸鋰(LiCoO2,LCO)電池的的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn) | 缺點(diǎn) |
1、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定 2、容量比高 3、優(yōu)良的工藝性能 4、體積能量密度 | 1、安全性差 2、成本非常高 3、循環(huán)壽命一般,材料穩(wěn)定性不太好 |
LCO壓實(shí)密度最高,在消費(fèi)電子有限的體積里具有最高的體積能量密度。優(yōu)異的振實(shí)密度和體積能量密度、循環(huán)性能以及高低溫性能,提高充電截止電位可以進(jìn)一步提高LCO的能量密度,因此高電壓、高壓實(shí)鈷酸鋰材料是未來的方向。

鈷酸鋰
總的來說,經(jīng)過技術(shù)更新?lián)Q代鈷酸鋰在正常使用條件下基本安全,其在高端小型電子產(chǎn)品中的地位是不可動(dòng)搖的。當(dāng)然,由于三元材料相較鈷酸鋰成本優(yōu)勢(shì)突出,未來將在充電寶、電動(dòng)玩具、電動(dòng)家居產(chǎn)品等部分低端3C電子產(chǎn)品市場(chǎng)滲透率保持上漲趨勢(shì),三元正極材料正逐漸滲透部分下游市場(chǎng)份額。
粉體圈編輯:Alpha
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