常规电池
----国安能源科技(东莞)有限公司 研发中心 编著
定义与特点
常规电池就是指目前市面常用的电池：
材料常规：钴酸锂、三元锂、磷酸铁锂、锰酸锂、混合材料（钴+三元、三元+锰、铁锂+锰等）
使用温度常规：放电-20℃到55℃，充电0℃到45℃
结构常规：圆柱形、聚合物方形、聚合物圆柱形、钢壳方形
钴酸锂电池：
一、钴酸锂电池结构与工作原理
钴酸锂电池以钴酸锂（LiCoO₂）为正极材料，石墨为负极，电解质为有机溶液或聚合物，通过锂离子在正负极间的脱嵌实现充放电。
充电过程：锂离子从正极脱出（LiCoO₂ → Li₁₋ₓCoO₂ + xLi⁺ + xe⁻），嵌入负极石墨层间（6C + xLi⁺ + xe⁻ → LiₓC₆）45。
放电过程：锂离子从负极脱出返回正极，形成稳定结构（Li₁₋ₓCoO₂ + xLi⁺ + xe⁻ → LiCoO₂）45。
二、性能特点
优势
- 高能量密度：振实密度达2.4-3.2g/cm³，适合小型设备的高体积比容量需求。
- 循环性能优异：每循环容量衰减＜0.05%，首次放电比容量＞135mAh/g。
- 电压平台稳定：3.6V放电平台占比＞85%，输出平稳。
劣势
- 成本高昂：钴资源稀缺且集中于刚果（金），价格波动剧烈（2025年初钴价一度跌至14万元/吨，后因出口禁令反弹）。
- 安全性隐患：高温或过充易引发热失控，需配合严格电池管理系统。
- 实际容量限制：仅达理论容量的50%左右（约140mAh/g）。
三、应用领域
- 消费电子：主导手机、笔记本电脑等便携设备市场，因体积小、能量密度高。
- 小型动力设备：部分无人机、电动工具采用，但受成本限制应用有限。
四、市场动态与挑战
- 钴价波动冲击：刚果（金）2025年暂停钴出口后，钴酸锂材料一周内涨价22.22%，推动电池成本上升。
- 替代材料竞争：磷酸铁锂和三元材料（镍钴锰/铝）凭借成本优势及安全性，挤压钴酸锂在动力电池领域份额。
- 供应链风险：国内80%钴依赖进口，企业库存偏低，短期价格博弈加剧。
五、技术发展趋势
- 材料改性：研发掺杂包覆技术提升热稳定性，缓解安全性问题。
- 回收体系完善：通过废旧电池回收降低对原生钴的依赖。
- 综上，钴酸锂电池凭借性能优势在消费电子领域占据核心地位，但资源约束和成本压力驱动行业向多元化材料体系转型。
三元锂电池：
正极材料为：三元锂（镍（Ni）、钴（Co）、锰（Mn）三种元素
依不同的配比分类，主要为：5系三元、6系三元、8系三元。
5系三元：镍（Ni）、钴（Co）、锰（Mn）比例：5：2：3（简称：523三元）
6系三元：镍（Ni）、钴（Co）、锰（Mn）比例：6：2：2（简称：622三元）
8系三元：镍（Ni）、钴（Co）、锰（Mn）比例：8：1：1（简称：811三元）
以上也会依不同电芯厂的技术、机器等要求比例会有微调。5系到6系到8系是在提升，主要在容量密度、放电倍率、寿命等综合性能提升，当然对电芯制造的技术、工艺、设备、环境要求等也是更高，成本也是更高。目前三种材料都很常用，依不同的容量、倍率等性能及生产设备、环境控制等不同而选择。以上三种材料各有优势，没有好差之分，只有匹配性更好而以。
特性与应用
523三元材料（LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2）具有以下特性：
- 成分比例：523三元材料由50%的镍（Ni）、20%的钴（Co）和30%的锰（Mn）组成。这种比例使得材料在电化学性能上具有优势，特别是在能量密度和循环寿命方面。
- 能量密度和循环寿命：523三元材料具有较高的能量密度和良好的循环寿命。其理论克容量约为280mAh/g，实际市场上的比容量可达180mAh/g以上13。这种材料广泛应用于电动汽车、便携式电子设备和储能系统等，因其能够满足高能量需求和长寿命的要求。
- 安全性：相比其他锂离子电池材料如磷酸铁锂（LFP）或锂镍钴铝酸盐（NCA），523三元材料的安全性相对较低。在实际应用中，需要特别注意其热失控问题和安全性管理。
- 生产工艺：523三元材料的生产工艺相对成熟，主要通过共沉淀前驱物Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2掺混锂盐后进行固相烧结。烧结温度较低，通常在700℃左右，这有助于降低生产成本。
- 市场应用：由于523三元材料在能量密度和成本上的优势，它已成为市场上用量最大的三元材料之一。特别是在中国锂电市场，523材料因其相对高比容量和低成本优势，一度是最受欢迎的国民材料。
622三元材料（NCM622）是一种由镍、钴、锰三种金属元素组成的锂离子电池正极材料，其全称为镍钴锰三元材料（LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2）。
特性
- 高能量密度：NCM622的能量密度较高，可达到200mAh/g以上，这使得其能够提供更长的续航时间，满足用户对电池容量的需求。
- 优异的循环寿命：NCM622具有优异的循环寿命，经过多次循环后仍能保持较高的容量和稳定的性能，特别适用于电动汽车等需要长时间使用的设备。
- 快速充放电性能：NCM622具有较高的充放电速率性能，可以实现快速的充电和放电过程，这对于电动汽车等需要频繁充电的应用场景非常重要。
- 良好的电化学稳定性：NCM622的结构稳定，具有较高的电导率和良好的电化学稳定性，可有效提高电池的循环寿命和安全性能。
应用领域
- 电动汽车：由于NCM622具有高能量密度和优异的循环寿命，因此在电动汽车领域有着广泛的应用前景，可以提供更长的续航里程，满足用户对电动汽车行驶里程的需求。
- 便携式电子设备：NCM622也可应用于便携式电子设备，如手机、平板电脑等，其高能量密度和快速充放电性能可以为这些设备提供更长的使用时间和更快的充电速度。
- 储能系统：NCM622还可以应用于储能系统，如太阳能储能系统、风能储能系统等，其高能量密度和良好的循环寿命可以提供可靠的能量储存和释放能力。
811三元锂电池的主要特性包括高能量密度、长寿命和低自放电率。这种电池的正极材料由80%的镍、10%的钴和10%的锰组成，能量密度可以达到300Wh/kg以上，甚至更高。高能量密度意味着在相同体积下，811三元锂电池可以携带更多的电能，从而延长电动汽车的行驶里程2。
此外，811三元锂电池还具有以下特点：
- 成本效益：由于镍资源的广泛分布和稳定价格，811电池的每KWh成本相对较低，符合未来大规模产业化的趋势，但对电芯制造的技术、工艺、设备、环境要求等也是更高，成本目前相对其它两种材料高些。
- 热稳定性：尽管811电池具有高能量密度和长寿命的优点，但其高镍含量也带来了更高的热失控风险和循环寿命问题。因此，在实际应用中需要采取相应的措施来保证电池的安全性和可靠性。
- 技术门槛：高镍三元材料的技术门槛较高，制备工艺、设备及生产环境要求严格。目前国内大部份（除小电芯厂外）都以完全具备，并早以应用在市场，已很完善成熟。
磷酸铁锂电池
一、基本概述
磷酸铁锂电池（LiFePO₄）以磷酸铁锂为正极材料，碳为负极，单体额定电压3.2V，充电截止电压3.6-3.65V。其工作原理基于锂离子在充放电过程中于正负极间的迁移34。相较于三元锂电池，其原材料不含钴、镍等稀有金属，成本更低。
二、市场现状
2025年全球新能源车市场对磷酸铁锂电池需求爆发，多家车企密集签订长期订单：福特与宁德时代签署协议锁定2026-2030年供应，涵盖神行超充电池；雷诺与LG新能源、宁德时代合作，2025-2030年采购量达39GWh。
2025年2月中国动力电池装车量中，磷酸铁锂占比达81.5%（28.4GWh），远超三元电池。
三、技术优势
- 安全性：热稳定性高，热失控风险低，适用于电动公交等高安全需求场景；
- 经济性：原材料成本低，整车生产成本下降，终端价格更具竞争力；
- 循环寿命：循环次数超2000次，容量衰减缓慢，适合储能电站等长周期应用；
- 环境适应性：高温稳定性好，自放电率低，支持快速充电。
四、应用领域
- 新能源汽车：特斯拉、大众、宝马等车企计划在车型中采用磷酸铁锂电池；
- 储能系统：长寿命和高安全性使其成为储能电站的首选；
- 全球布局：中国企业加速海外市场拓展，预计2030年欧洲750GWh电池需求将采用磷酸铁锂路线。
五、回收与环保
兰钧新能源研发的回收工艺通过臭氧浸出技术分离铁、锂离子，提升回收效率，推动行业可持续发展2。
六、未来趋势
- 技术进步：高压密、高倍率产品迭代，满足快充需求；
- 市场扩张：预计全球需求持续增长，中国厂商主导技术输出与产能布局。
- 磷酸铁锂电池凭借综合性能优势，正逐步巩固其在新能源领域的核心地位。
锰酸锂电池
一、基本特性
- 锰酸锂电池以尖晶石型锰酸锂（LiMn₂O₄）为核心正极材料，具有三维锂离子通道结构，理论比容量为148mAh/g。其特点包括：
- 高电压：单节电芯电压达3.7V，可减少电池包串联数量，降低整体成本；
- 安全性：穿刺、挤压测试中仅冒烟不起火，高温稳定性优于三元锂电池；
- 环保性：锰资源丰富且无毒，生产过程污染较小。
二、性能优势与短板
优势：
- 成本低：锰资源储量丰富，物料成本（BOM）低于三元锂电池，且PACK成本因电池数量减少进一步优化；
- 倍率性能好：三维结构支持快速充放电，适用于高功率场景（如电动工具、无人机）；
- 低温性能：在-20℃环境下仍能保持较高容量。
短板：
- 循环寿命较短：未经改性的锰酸锂电池循环寿命为200-300次，低于磷酸铁锂（2000次以上）；
- 能量密度偏低：典型值约123mAh/g，低于三元锂但高于部分磷酸铁锂电池。
三、应用领域
- 电动两轮车/轻型车辆：因成本低、安全性高，成为主流选择；
- 储能装置：适配中小型储能系统，如家用储能、通信基站；
- 新能源汽车：部分车型用于混合动力系统，但受限于循环性能尚未成为主流动力电池。
四、技术改进方向
通过表面修饰（抑制锰溶解）和掺杂（缓解Jahn-Teller效应），可提升循环寿命至2000次以上。例如湘潭电化计划引入智能化设备与工业互联网技术，优化年产3万吨尖晶石型锰酸锂电池材料的产能和品质。
----国安能源科技(东莞)有限公司 研发中心 编著
