从正极角度看高电压电芯的发展

《从正极角度看高电压电芯的发展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、.从正极角度看高电压电芯的发展在论坛，有关高电压的帖子发过很多，之所以这么关注这一块，主要是因为高电压是目前提高数码类电芯能量密度最现实可行的途径之一。而且从目前来看，应该也会是今后发展的方向。自开始做镍钴锰三元材料开始，我们就致力于高电压三元材料的开发，只是前些年在高电压这一块，国内涉及的很少，直至苹果把高电压电池真正批量使用后，国内高端智能机厂家才开始要求自己的供应商不断地尝试高电压电芯的开发，也正是这种需求的促动，高电压电芯从去年下半年开始，慢慢的成了一个热闹的话题。从正极的角度来看，以钴酸锂或者三元为例，电压从4.2V开始，每提高0.1V，容量大约提高10-15个不

2、等。我们认为，对全电池而言，钴酸锂适合4.35V以内的充电范围，而三元材料则适合4.5V以内使用。从今天4.2V的充电电压提高到4.3V或者4.35V，虽然容量提升不足10%，但正是这10%都不到的容量提升过程背后所需要的技术积累，却很少有厂家具备。而后的4.4V或者4.5V现在也有厂家在不断地研发和摸索，虽然这条路并不好走，但是走好了却风光无限。从这段时间与国内电芯厂家的沟通来看，我觉得国内高电压的发展存在一些问题。在这里首先声明，虽然我们只做镍钴锰三元材料，不生产钴酸锂，但是这里的所有内容不会带有任何偏向色彩。因为在高电压方面钴酸锂和三元各有利弊，只希望能够客观陈述一下

3、国内高电压的现状和我们认为高电压今后的发展方向。一.提高三元的压实密度是三元用于高电压的首要前提。高电压最大的目的就是提升电芯的能量密度，而电芯的能量密度除了克容量之外，压实密度也有非常关键的作用。以4.35V为例，钴酸锂在4.35V下0.2C的容量典型值大约为160，111三元的典型值大约为165，523三元的典型值大约为175。如果钴酸锂的压实密度按照4.0来计算（改性会稍微降低钴酸锂的压实密度），那么111三元材料至少要达到3.85g/cm³，而523三元则至少要达到3.65g/cm³的压实密度，才能有与之相当的能量密度。常规的三元压实密度大都低于

4、3.5g/cm³，所以即使同样解决其他的问题，单纯从能量密度方面来看，三元在4.35V以内似乎没有优势。因此如果想要三元在高电压领域和钴酸锂有相当的能量密度，首先就要把压实密度提高至接近钴酸锂的水平。而从理论密度来看，三元大约为4.8g/cm³，钴酸锂为5.1g/cm³，所以如果在形貌控制水平相同的情况下，二者的压实密度相当，所以即使3.85的压实密度对于三元而言并非不可能，途径在之前的帖子里也说过了，在这里并不是为了做产品宣传，所以不说太多。有了高压实的前提，就可以考虑三元和钴酸锂在电化学性能方面针对高电压存在的一系列问题了。二.钴酸锂和三元

5、在高电压下都面临种种问题。由于目前4.35V以内是最现实的，而且钴酸锂究竟是否适合在4.35V以上电芯中应用现在也没有讨论的必要，所以大体说一下目前4.35V以内高电压的现状。对于钴酸锂而言，通过对材料改性，在4.35V以内结构稳定性有了明显的提高，但是由于电压提升了0.15V，对于正极和电解液的稳定性要求有所提高，而且对于电池环境控制的要求也要严格很多，所以目前主要的挑战在于结构稳定性。现在一些厂家测试高电压钴酸锂高温下的稳定性还是比较容易控制的，包括软包85℃4小时的硬性指标都可以通过，而主要存在的问题在于循环和安全性较差。至于循环和安全性问题究竟在于钴酸锂本身结构稳定

6、性的问题还是电池体系的问题，仁者见仁，没有统一的认识，但是目前这些问题确实是存在的，能够真正解决这些问题的厂家并不多，从目前市面上4.35V钴酸锂电池的量就能看出。...对于三元而言，和钴酸锂情况有些不同。首先，钴酸锂这种材料历史较长，工艺较为成熟，从XRD结构分析来看，每个厂家的钴酸锂差别不大，差别往往都在于改性的措施和一致性上。而三元则不同，由于不同厂家采用的工艺有所差别，而且三元材料的制程本身就比钴酸锂复杂，每个厂家三元材料的结构完整性有较大的差别。在这里重点提到结构完整性是因为其对材料在电池中的电化学性能，尤其是高电压下的稳定性有非常大的影响。能够有可能在高电压领域

7、有所作为的三元材料，对于其结构完整性有非常高的要求。而目前三元材料在4.35V电池中存在的主要问题在于高温下对于电解液的消耗和高温下的产气及容量衰减。据我了解，目前国内在常规电压下能够单独使用三元，而且高温下不气胀的厂家却仅有少数，高电压三元的现状则可以想象。三.目前解决高电压的方法和途径。不得不承认的现实是，钴酸锂混合三元在4.35V下具有非常好的互补性。前面提到过在4.35V下，钴酸锂存在的问题是循环和安全性，而三元存在的问题是高温下的副反应导致的一些列问题。二者混合后，这些问题可以得到很好地解决。现在市面上有