按下游应用不同可以将锂电池分为小型的消费类锂电池(3C)、电动工具和动力型锂离子电池以及大型的储能锂离子电池。从其发展脉络来看,锂离子电池最早主要应用于3C领域,既消费类锂电池。随着技术的发展和电池性能的不断提高,锂离子电池逐渐被应用在为电动工具、电动汽车等交通工具提供动力,既动力电池。此外,储能领域的发展使得锂离子电池又产生一片全新的市场需求。
材料的应用向来都是天生我才必有用,“量体裁衣”是正道,对于具有非常多技术路线方向的锂电池来说在不同的细分市场下其优势是不同?那当下火爆应用两大领域“动力锂离子电池”及“3C消费类锂离子电池”有何特征呢?下文一起来看看。
大个子VS小家伙
动力电池与3C产品电池需求大不同
消费型锂离子电池主要用于手机、便携式电脑、数码相机、数码摄像机、移动电源、电动玩具等消费电子产品,即所谓“3C产品”的锂电池电芯及模组,主要形态分为圆柱、方形和软包,电池。动力型锂离子电池主要用于电动汽车、电动工具等动力电池的锂电池电芯及模组,又称为锂离子动力电池、动力锂电等,按形状可分为圆柱、方形和软包电池。根据其应用特点,两者主要有如下不同:
动力电池和3C电池需求的主要区别
要求 | 动力电池 | 3C电池 |
寿命 | 5~10年(≥1000cycles,不设上限) | 2年(500~1000cycles)
|
能量密度 | 重量能量密度 | 体积能量密度 |
成本诉求 | 对低成本的诉求很高 | 电池占单机成本比例低,影响不大 |
一致性 | 超高一致性要求 | 这个,得看产商(有些也高,like某果) |
动力类锂离子电池需要更多考虑可靠性和一致性,毕竟要长时间(至少5~10年)、恶劣环境(冬天低温、夏天暴晒、雨雪)、大量电池串并联配组使用。理想上要求动力电池出问题(安全、存储、循环等)的几率要在一亿分之一以下(当然对于最高端消费类电池而言,苹果也对供应商要求到了这个级别)。考虑到可靠性,动力类电池一般设计冗余更多,使用更厚的隔膜、箔材和外壳,因此能量密度也就大概是消费类电池的一半。
消费类锂离子电池使用条件相对也没那么严苛,也无需长时间可靠性(循环也无需做得太好,因为反正一两年就会换),通常是单独使用一般不需要配组,所以对一致性没有太大要求,但是由于消费类的手机、平板空间有限并且非常珍贵,因此消费类锂离子电池对于尺寸要求严格、容量、能量密度等要求很高。
高端的消费类电池使用了最先进的技术和材料,而动力电池更多是需要先进的工艺控制、一致性控制和质量管理。
先看看锂电池类型
锂电池主要由正极材料、负极材料、隔膜、电解质和电池外壳几个部分组成。其中,正极材料是其电化学性能的决定性因素,对电池的能量密度及安全性能起主导作用。锂电池一般按照正极材料体系来划分,可以分为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料等多种技术路线。
表:锂电池正极材料体系
项目 | 钴酸锂(LCO) | 锰酸锂(LMO) | 磷酸铁锂(LFP) | 三元材料 | |
镍钴锰酸锂(NCM) | 镍钴铝酸锂(NCA) | ||||
比容量(mAh/g) | 140-150 | 100-120 | 130-140 | 150-220 | 210-220 |
循环寿命(次) | ≥500 | ≥500 | ≥2000 | ≥1000 | ≥500 |
工作电压(V) | 3.7 | 3.8 | 3.2 | 3.65 | 3.65 |
振实密度(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 | 优秀 | 较好 | 差 |
成本 | 高 | 低 | 低 | 中 | 中 |
优点 | 振实密度大、充放电稳定、工作电压高 | 锰资源丰富、成本低、安全性能好 | 成本低、高循环次數、安全性好、环境友好 | 电化学性能好、循环性能好、能量密度高 | 能量密度高、低温性能好 |
缺点 | 钴价格昂贵、循环性能差 、安全性能差 | 能量密度低、循环性能 差 | 能量密度较低、低温性能差 | 部分金属价格昂贵 | 部分金属价格昂贵 |
主要应用领域 | 电子产品 | 专用车 | 商用车 | 乘用车 | 乘用车 |
动力电池领域:三元电池与磷酸铁锂势均力敌
正极材料是锂离子电池的关键材料,对性能至关重要差异化程度高,成本占比高,尤其对于电池成本占单机成本约40%的电动小汽车来说更是的。
不同应用领域的需求决定正极技术发展趋势。磷酸铁锂凭借性价比和安全优势在储能和低续航乘用车中焕发活力,高镍三元凭借高能量密度优势在高续航乘用车中扩大份额。
目前动力电池市场主要有三元锂电池、LiFePO4电池、LiMn2O4电池、钛酸锂电池(根据正极材料形式命名)等。从动力电池整体配套的情况来看,三元锂电池和LiFePO4电池占据了动力电池的大部分市场。当然动力电池领域还有一个非常值得关注的正极材料:NCA镍钴铝(8:1.5:0.5),单体能量密度高,但门槛也非常高。
3C消费类电池领域:钴酸锂需求增长,三元材料逐渐渗透
钴酸锂正极材料原料虽然有成本高(钴价昂贵)、循环性能差、安全性能差等劣势。但由于其振实密度大、工作电压高等特点,目前在超薄电子产品领域仍有优势,目前在中高端智能手机、笔记本电脑、平板电脑等领域的应用需求保持稳定。同时,由于5G手机更新换代后,单台手机带电量增长以及消费无人机、TWS耳机和电子烟等新型消费电子产品的不断出现,均对钴酸锂正极材料带来一定的市场需求增长。
钴酸锂(LiCoO2,LCO)电池的的优缺点
优点 | 缺点 |
1、结构稳定 2、容量比高 3、优良的工艺性能 4、体积能量密度 | 1、安全性差 2、成本非常高 3、循环寿命一般,材料稳定性不太好 |
LCO压实密度最高,在消费电子有限的体积里具有最高的体积能量密度。优异的振实密度和体积能量密度、循环性能以及高低温性能,提高充电截止电位可以进一步提高LCO的能量密度,因此高电压、高压实钴酸锂材料是未来的方向。
钴酸锂
总的来说,经过技术更新换代钴酸锂在正常使用条件下基本安全,其在高端小型电子产品中的地位是不可动摇的。当然,由于三元材料相较钴酸锂成本优势突出,未来将在充电宝、电动玩具、电动家居产品等部分低端3C电子产品市场渗透率保持上涨趋势,三元正极材料正逐渐渗透部分下游市场份额。
粉体圈编辑:Alpha
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