我們常常會說到三元鋰電池或者鐵鋰電池，這些都是按照正極活性材料來給鋰電池命名的。本文匯總六種常見鋰電池類型以及它們的主要性能參數。大家都知道，相同技術路線的電芯，其具體參數并不完全相同，本文所顯示的是當前參數的一般水平。六種鋰電池具體包括：鈷酸鋰（LiCoO2）、錳酸鋰（LiMn2O4）、鎳鈷錳酸鋰（LiNiMnCoO2或NMC）、鎳鈷鋁酸鋰（LiNiCoAlO2或稱NCA）、磷酸鐵鋰（LiFePO4）和鈦酸鋰（Li4Ti5O12）。

  鈷酸鋰（LiCoO2）其高比能量使鈷酸鋰成為手機，筆記本電腦和數碼相機的熱門選擇。電池由氧化鈷陰極和石墨碳陽極組成。陰極具有分層結構，在放電期間，鋰離子從陽極移動到陰極，充電過程則流動方向相反。陰極具有分層結構。在放電期間，鋰離子從陽極移動到陰極; 充電時流量從陰極流向陽極。鈷酸鋰的缺點是壽命相對較短，熱穩定性低和負載能力有限（比功率）。像其他鈷混合鋰離子電池一樣，鈷酸鋰采用石墨陽極，其循環壽命主要受到固體電解質界面（SEI）的限制，主要表現在SEI膜的逐漸增厚，和快速充電或者低溫充電過程的陽極鍍鋰問題。較新的材料體系增加了鎳，錳和/或鋁以提高壽命，負載能力和降低成本。鈷酸鋰不應以高于容量的電流進行充電和放電。這意味著具有2,400mAh的18650電池只能以小于等于2,400mA充電和放電。強制快速充電或施加高于2400mA的負載會導致過熱和超負荷的應力。為獲得最佳快速充電，制造商建議充電倍率為0.8C或約2,000mA。電池保護電路將能量單元的充電和放電速率限制在約1C的安全水平。

  錳酸鋰（LiMn2O4） 尖晶石錳酸鋰電池首次發表于1983年的材料研究報告中。1996年，Moli能源公司將錳酸鋰為陰極材料的鋰離子電池商業化。該架構形成三維尖晶石結構，可改善電極上的離子流動，從而降低內部電阻并改善電流承載能力。尖晶石的另一個優點是熱穩定性高，安全性提高，但循環和日歷壽命有限。低電池內阻可實現快速充電和大電流放電。18650型電芯，錳酸鋰電池可以在20-30A的電流下放電，并具有適度的熱量積累。也可以施加高達50A1秒負載脈沖。在此電流下持續的高負荷會導致熱量積聚，電池溫度不能超過80°C（176°F）。錳酸鋰用于電動工具，醫療器械，以及混合動力和純電動汽車。錳酸鋰的容量大約比鈷酸鋰低三分之一。設計靈活性使工程師能夠選擇最大限度地延長電池的使用壽命，或者提高最大負載電流（比功率）或容量（比能）。例如，18650電池的長壽命版本只有1,100mAh的適中容量; 高容量版本則達到1,500mAh。

  大多數錳酸鋰與鋰鎳錳鈷氧化物（NMC）混合，以提高比能量并延長壽命。這種組合帶來了每個系統的最佳性能，而大多數電動汽車，如日產Leaf，雪佛蘭Volt和寶馬i3都選用了LMO（NMC）。電池的LMO部分可以達到30％左右，可以在加速時提供較高的電流; NMC部分提供了很長的續航里程。鋰離子電池研究傾向于將錳酸鋰與鈷，鎳，錳和/或鋁組合作為活性陰極材料。在一些架構中，少量硅被添加到陽極。這提供了25％的容量提升; 然而，硅隨著充放電膨脹和收縮，從而引起機械應力，容量提升通常與短的循環壽命緊密聯系。可以方便地選擇這三種活性金屬以及硅增強來提高比能（容量），比功率（負載能力）或壽命。消費電池需要大容量，而工業應用需要電池系統，具有良好的負載能力，壽命長，并提供安全可靠的服務。

  鎳鈷錳酸鋰（LiNiMnCoO2或NMC）最成功的鋰離子體系之一是鎳錳鈷（NMC）的陰極組合。與錳酸鋰類似，這個體系可以定制用作能量電池或功率電池。例如，中等負載條件下的18650電池中的NMC具有約2,800mAh的容量并且可以提供4A至5A放電電流； 同一類型的NMC在針對特定功率進行優化時，容量僅為2,000mAh，但可提供20A的連續放電電流。硅基陽極將達到4000mAh以上，但負載能力降低，循環壽命縮短。添加到石墨中的硅具有缺陷，即陽極隨著充電和放電而膨脹和收縮，使得電池機械應力大結構不穩定。NMC的秘密在于鎳和錳的結合。與此類似的是食鹽，其中主要成分鈉和氯化物本身是有毒的，但將它們混合起來作為調味鹽和食品保存劑。鎳以其高比能量而聞名，但穩定性差；錳尖晶石結構可以實現低內阻但比能量低。兩種活性金屬優勢互補。NMC是電動工具，電動自行車和其他電動動力系統的首選電池。陰極組合通常是三分之一鎳，三分之一錳和三分之一鈷，也被稱為1-1-1。這提供了一種獨特的混合物，由于鈷含量降低，也降低了原材料成本。另一個成功的組合是NCM，其中含有5份鎳，3份鈷和2份錳（5-3-2）。也可以使用其他不同量的陰極材料組合。由于鈷的高成本，電池制造商從鈷系轉向鎳陰極。鎳基系統比鈷基電池具有更高的能量密度，更低的成本和更長的循環壽命，但是它們的電壓略低。

  磷酸鐵鋰（LiFePO 4）1996年，德克薩斯大學發現磷酸鹽可作為再充電鋰電池的陰極材料。磷酸鋰具有良好的電化學性能和低電阻。這是通過納米級磷酸鹽陰極材料實現的。主要優點是高額定電流和長循環壽命；良好的熱穩定性，增強了安全性和對濫用的容忍度。如果長時間保持在高電壓下，磷酸鋰對全部充電條件的耐受性更強，并且比其他鋰離子系統的應力更小。缺點是，較低的3.2V電池標稱電壓使得比能量低于鈷摻雜鋰離子電池。對于大多數電池來說，低溫會降低性能，升高儲存溫度會縮短使用壽命，磷酸鋰也不例外。磷酸鋰具有比其他鋰離子電池更高的自放電，這可能會引起老化進而帶來均衡問題，雖然可以通過選用高質量的電池或使用先進的電池管理系統來彌補，但這兩種方式都增加了電池組的成本。電池壽命對制造過程中的雜質非常敏感，不能承受水分的摻雜，由于水分雜質的存在有些電池最短壽命只有50個循環。圖9總結了磷酸鋰的屬性。常用磷酸鋰代替鉛酸起動蓄電池。四個串聯電池產生12.80V，與六個2V鉛酸電池串聯的電壓相似。車輛將鉛酸充電至14.40V（2.40V/電池）并保持浮充狀態。浮充的用意在于保持完全充電水平并防止鉛酸電池硫酸化。

  鎳鈷鋁酸鋰（LiNiCoAlO2或稱NCA）鎳鈷鋁酸鋰電池或NCA自1999年以后被應用。它具有較高的比能量，相當好的比功率和長的使用壽命與NMC有相似之處。不太討人喜歡的是安全性和成本。

  鈦酸鋰（Li4Ti5O12）自二十世紀八十年代以來，鈦酸鋰陽極的電池已為人所知。鈦酸鋰代替典型鋰離子電池陽極中的石墨，并且材料形成尖晶石結構。陰極可以是錳酸鋰或NMC。鈦酸鋰的標稱電池電壓為2.40V，可以快速充電，并提供10C的高放電電流。據說循環次數高于常規鋰離子電池的循環次數。鈦酸鋰是安全的，具有出色的低溫放電特性，在-30°C（-22°F）時可獲得80％的容量。LTO（通常是Li4Ti5O12）零應變，沒有SEI膜形成和在快速充電和低溫充電時無鋰電鍍現象，因而具有優于傳統的鈷摻混的Li-離子與石墨陽極的充放電性能。高溫下的熱穩定性也比其他鋰離子體系好; 然而，電池價格昂貴。比能量低，只有65Wh/kg，與NiCd相當。鈦酸鋰充電至2.80V，放電結束時為1.80V。圖13顯示了鈦酸鋰電池的特性。典型用途是電動動力傳動系統，UPS和太陽能路燈。NCA享有最高的比能量； 然而，錳酸鋰和磷酸鐵鋰在比功率和熱穩定性方面優越。鈦酸鋰具有最好的使用壽命。

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