按下游應用不同可以將鋰電池分為小型的消費類鋰電池(3C)、電動工具和動力型鋰離子電池以及大型的儲能鋰離子電池。從其發展脈絡來看,鋰離子電池最早主要應用于3C領域,既消費類鋰電池。隨著技術的發展和電池性能的不斷提高,鋰離子電池逐漸被應用在為電動工具、電動汽車等交通工具提供動力,既動力電池。此外,儲能領域的發展使得鋰離子電池又產生一片全新的市場需求。
材料的應用向來都是天生我才必有用,“量體裁衣”是正道,對于具有非常多技術路線方向的鋰電池來說在不同的細分市場下其優勢是不同?那當下火爆應用兩大領域“動力鋰離子電池”及“3C消費類鋰離子電池”有何特征呢?下文一起來看看。
大個子VS小家伙
動力電池與3C產品電池需求大不同
消費型鋰離子電池主要用于手機、便攜式電腦、數碼相機、數碼攝像機、移動電源、電動玩具等消費電子產品,即所謂“3C產品”的鋰電池電芯及模組,主要形態分為圓柱、方形和軟包,電池。動力型鋰離子電池主要用于電動汽車、電動工具等動力電池的鋰電池電芯及模組,又稱為鋰離子動力電池、動力鋰電等,按形狀可分為圓柱、方形和軟包電池。根據其應用特點,兩者主要有如下不同:
動力電池和3C電池需求的主要區別
要求 | 動力電池 | 3C電池 |
壽命 | 5~10年(≥1000cycles,不設上限) | 2年(500~1000cycles)
|
能量密度 | 重量能量密度 | 體積能量密度 |
成本訴求 | 對低成本的訴求很高 | 電池占單機成本比例低,影響不大 |
一致性 | 超高一致性要求 | 這個,得看產商(有些也高,like某果) |
動力類鋰離子電池需要更多考慮可靠性和一致性,畢竟要長時間(至少5~10年)、惡劣環境(冬天低溫、夏天暴曬、雨雪)、大量電池串并聯配組使用。理想上要求動力電池出問題(安全、存儲、循環等)的幾率要在一億分之一以下(當然對于最高端消費類電池而言,蘋果也對供應商要求到了這個級別)。考慮到可靠性,動力類電池一般設計冗余更多,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類電池的一半。
消費類鋰離子電池使用條件相對也沒那么嚴苛,也無需長時間可靠性(循環也無需做得太好,因為反正一兩年就會換),通常是單獨使用一般不需要配組,所以對一致性沒有太大要求,但是由于消費類的手機、平板空間有限并且非常珍貴,因此消費類鋰離子電池對于尺寸要求嚴格、容量、能量密度等要求很高。
高端的消費類電池使用了最先進的技術和材料,而動力電池更多是需要先進的工藝控制、一致性控制和質量管理。
先看看鋰電池類型
鋰電池主要由正極材料、負極材料、隔膜、電解質和電池外殼幾個部分組成。其中,正極材料是其電化學性能的決定性因素,對電池的能量密度及安全性能起主導作用。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路線。
表:鋰電池正極材料體系
項目 | 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 | 優秀 | 較好 | 差 |
成本 | 高 | 低 | 低 | 中 | 中 |
優點 | 振實密度大、充放電穩定、工作電壓高 | 錳資源豐富、成本低、安全性能好 | 成本低、高循環次數、安全性好、環境友好 | 電化學性能好、循環性能好、能量密度高 | 能量密度高、低溫性能好 |
缺點 | 鈷價格昂貴、循環性能差 、安全性能差 | 能量密度低、循環性能 差 | 能量密度較低、低溫性能差 | 部分金屬價格昂貴 | 部分金屬價格昂貴 |
主要應用領域 | 電子產品 | 專用車 | 商用車 | 乘用車 | 乘用車 |
動力電池領域:三元電池與磷酸鐵鋰勢均力敵
正極材料是鋰離子電池的關鍵材料,對性能至關重要差異化程度高,成本占比高,尤其對于電池成本占單機成本約40%的電動小汽車來說更是的。
不同應用領域的需求決定正極技術發展趨勢。磷酸鐵鋰憑借性價比和安全優勢在儲能和低續航乘用車中煥發活力,高鎳三元憑借高能量密度優勢在高續航乘用車中擴大份額。
目前動力電池市場主要有三元鋰電池、LiFePO4電池、LiMn2O4電池、鈦酸鋰電池(根據正極材料形式命名)等。從動力電池整體配套的情況來看,三元鋰電池和LiFePO4電池占據了動力電池的大部分市場。當然動力電池領域還有一個非常值得關注的正極材料:NCA鎳鈷鋁(8:1.5:0.5),單體能量密度高,但門檻也非常高。
3C消費類電池領域:鈷酸鋰需求增長,三元材料逐漸滲透
鈷酸鋰正極材料原料雖然有成本高(鈷價昂貴)、循環性能差、安全性能差等劣勢。但由于其振實密度大、工作電壓高等特點,目前在超薄電子產品領域仍有優勢,目前在中高端智能手機、筆記本電腦、平板電腦等領域的應用需求保持穩定。同時,由于5G手機更新換代后,單臺手機帶電量增長以及消費無人機、TWS耳機和電子煙等新型消費電子產品的不斷出現,均對鈷酸鋰正極材料帶來一定的市場需求增長。
鈷酸鋰(LiCoO2,LCO)電池的的優缺點
優點 | 缺點 |
1、結構穩定 2、容量比高 3、優良的工藝性能 4、體積能量密度 | 1、安全性差 2、成本非常高 3、循環壽命一般,材料穩定性不太好 |
LCO壓實密度最高,在消費電子有限的體積里具有最高的體積能量密度。優異的振實密度和體積能量密度、循環性能以及高低溫性能,提高充電截止電位可以進一步提高LCO的能量密度,因此高電壓、高壓實鈷酸鋰材料是未來的方向。
鈷酸鋰
總的來說,經過技術更新換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品中的地位是不可動搖的。當然,由于三元材料相較鈷酸鋰成本優勢突出,未來將在充電寶、電動玩具、電動家居產品等部分低端3C電子產品市場滲透率保持上漲趨勢,三元正極材料正逐漸滲透部分下游市場份額。
粉體圈編輯:Alpha
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作者:粉體圈
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