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智能疏散消防应急系统集中电源锂电池的选择



锂电池种类与性质的选择
锂电池按照其使用正极材料的不同,可以分为锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、三元锂等,不同种类的锂电池基本都以碳材料、硅碳材料作为负极,而钛酸锂电池是唯一一种以负极材料钛酸锂命名的电池。

锰酸锂电池:其安全性高,耐过充能力在常用材料中是最好的,但是氧缺陷的存在使得锰酸锂电池在高电压阶段容易出现容量衰减,同时,由于尖晶石锰酸锂的高温性能不佳,在高温下进行循环使用,也会造成类似的容量衰减。但是锰酸锂电池成本低廉且生产工艺成熟,大量用在对能量密度和高温循环性能要求不高的场合,比如用于电动自行车、电动玩具电池。

钴酸锂电池:钴酸锂是最早用于锂离子电池的正极材料,虽然由于钴资源的稀缺导致其成本居高不下,且其耐过充性能、循环性能都比较差,但是在其常规正极材料锂电池中具有最高的能量密度,且其生产工艺成熟,目前钴酸锂电池在3C数码产品锂电池中的占比达到90%左右。

磷酸铁锂电池:其优点主要体现在安全性、高温稳定性和良好的循环寿命上,其缺点主要是能量密度低、低温性能不佳以及一致性差,同时,由于磷酸铁锂材料中的铁单质和铁离子杂质始终存在,给电池带来了失效隐患。磷酸铁锂电池目前材料成本低于NCM三元电池,但是其生产成本高导致总体成本高于三元锂电池。由于磷酸铁锂的安全性和循环性能优异,大量用于电动大巴、储能电站等场合。

三元锂电池:三元材料目前主要有镍钴锰(NCM)和镍钴铝(NCA)2种,目前国内三元锂电池绝大部分都是NCM三元,NCA三元材料目前集中在日韩企业手中。国内NCM三元材料按镍钴锰的成分比例不同分为NCM111、NCM523、NCM622和NCM811这几种,其中后面的数字代表的就是三者的摩尔比。目前主流还是NCM523和NCM622,随着镍含量的增加,电池能量密度也随着增加,但是电池安全性也随之下降。TESLA电动车上使用的松下NCA三元锂电池其镍钴铝的比例为80:15:5,其能量密度能达到三元材料中最高的300mWh/g。但是相应的镍钴铝晶体结构较镍钴锰更加不稳定,在荷电状态下其热稳定性较差,容易在较高温度的情况下,发生崩塌导致热失控,且pH值过高易使单体胀气鼓胀变形,进而引发危险。特斯拉电动车在发生碰撞时,单体电池受到挤压内部正负极发生短路产生高温,当电池温度达到热失控温度(约150℃)后,电池正极和电解液发生剧烈化学反应释放出大量的热量使得电池温度进一步上升,电池表面温度能超过800℃,进一步导致周围其它电池发生热失控引发连锁反应。

不同正极材料其热失控温度也不同,钴酸锂的热失控温度约150℃,NCM三元材料的热失控温度约180℃,锰酸锂的热失控温度约250℃,磷酸铁锂的热失控温度能达到600℃。综合考虑锰酸锂电池具有比较好的耐过充和安全性,同时成本也可以做到与相同电量的铅酸电池接近,最适合作为应急照明集中电源的备用电池。