电车电池通常指的是锂离子电池,主要由正极材料、负极材料、电解液、隔膜等部分组成,各部分的主要成分如下:
- 正极材料
- 锂钴氧化物:如C,具有较高的能量密度和工作电压,能为电池提供良好的电化学性能,但钴资源稀缺且成本高,有一定的毒性。
- 锂锰氧化物:包括尖晶石型M和层状M等,锰资源丰富、成本低、安全性好,但能量密度相对较低,循环性能有待提高。
- 锂镍钴锰氧化物:如NCMy(NCM),综合了锂钴氧化物和锂锰氧化物的优点,能量密度较高,循环性能较好,是目前应用较广泛的正极材料之一。
- 锂镍钴铝氧化物:如NC(NCA),具有很高的能量密度,可使电池续航里程增加,但铝元素的加入使其制备工艺要求高,且高温稳定性和安全性稍差。
- 磷酸铁锂:化学式为FP,具有良好的安全性、循环稳定性和较高的充放电效率,成本相对较低,但能量密度比一些含镍、钴的材料略低,常用于对安全性要求较高的电车电池中。
- 负极材料
- 石墨类:包括天然石墨和人造石墨,具有结晶度高、层状结构规整、嵌锂电位低且平台平稳、充放电效率高、循环性能好以及成本较低等优点,是目前应用最广泛的负极材料。
- 硅基材料:硅具有极高的理论比容量,但在充放电过程中会发生巨大的体积变化,导致材料粉化、电极结构破坏,从而使电池容量快速衰减,通常需要与其他材料复合或进行表面改性等处理来改善其性能。
- 锡基材料:如锡的氧化物S和锡合金等,比容量较高,但同样存在体积膨胀问题,限制了其大规模应用,常通过与其他元素或材料复合来提高性能。
- 电解液
- 有机溶剂:常用的有碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)等,主要作用是溶解锂盐,为锂离子的传输提供介质,不同有机溶剂的混合比例会影响电解液的性能。
- 锂盐:如六氟磷酸锂(P)、四氟硼酸锂(B)、双草酸硼酸锂(BOB)等,在电解液中电离出锂离子,为电池的充放电过程提供载流子,其中P具有较高的离子电导率和较好的电化学性能,是目前应用最广泛的锂盐。
- 添加剂:包括成膜添加剂、过充保护添加剂、阻燃添加剂等,用于改善电解液的性能,如提高电池的充放电效率、循环寿命、安全性等。
- 隔膜
- 聚烯烃类隔膜:主要有聚乙烯(PE)隔膜和聚丙烯(PP)隔膜,具有良好的化学稳定性、机械性能和绝缘性能,能够阻止正负极之间的电子传导,同时允许锂离子通过,是目前应用最广泛的隔膜材料。通常采用多层复合结构,如PP/PE/PP三层复合隔膜,以提高隔膜的综合性能。
- 陶瓷隔膜:以氧化铝()、二氧化硅(S)等陶瓷材料为主要成分,具有较高的耐高温性能和良好的化学稳定性,能够有效提高电池的安全性,但陶瓷隔膜的柔韧性较差,成本较高。
此外,电池的外壳通常由金属(如铝、钢等)或工程塑料制成,起到保护内部结构和容纳电极、电解液等组件的作用。