三元鋰電池能否應用在UPS電源上

來源：存能電氣  日期：2019-04-13 11:28  瀏覽量：次

　　三元鋰電池能否應用在UPS電源上？在UPS電源行業(yè)中，隨著用戶需求的后備時間越來越長，三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池的應用也越來越廣泛。UPS是不可以用三元鋰電池的，鋰電池安全性不高，如果按UPS生產(chǎn)廠商無法標準化量產(chǎn)，每個電池都需要客制化，相對的成本及價格就會高高在上，令人望之卻步。

　　三元鋰電池能否應用在UPS電源上？

　　三元鋰電池

　　三元聚合物鋰電池是指正極材料使用鋰鎳鈷錳或者鎳鈷鋁酸鋰的三元正極材料的鋰電池，鋰離子電池的正極材料有很多種，主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。三元鋰電池從形狀上來區(qū)分，可分為軟包電池、圓柱電池和方形硬殼電池。其標稱電壓可達到3.6-3.8V，能量密度比較高，電壓平臺高，振實密度高，續(xù)航里程長，輸出功率較大，高溫穩(wěn)定性差，但低溫性能優(yōu)異，造價也比較高。

　　日本松下、韓國LG化學、三星SDI等多采用三元鋰電池的技術路線，比如新能源巨頭特斯拉就采用了松下的鎳鈷鋁酸鋰三元鋰電池，就是所謂的NCA，在ModelS和ModelX上采用的是松下18650電池組，而最新的MODEL3采用了更大容量的21700圓柱體電池組。

　　三元鋰電池壽命是多久？

　　對于電池壽命，普通上鋰電池使用壽命大概是5到20年，平均可以達到8年。不過以現(xiàn)在的技術水平，鋰離子電池在電動汽車上的使用壽命大約只有3-5年。三元鋰電池的循環(huán)次數(shù)在500到1000次左右，三元鋰電池的理論壽命約為800次左右，磷酸鐵鋰電池壽命約為2000次。

　　理論上來講，三元鋰電池使用壽命是2000次充放電循環(huán)，也能維持5年多。如果進行1000次充放電循環(huán)，實質(zhì)上三元鋰電池已經(jīng)衰減了50%，也就是說充滿電只能跑原來里程的一半。另外，優(yōu)秀的電池管理系統(tǒng)也能減緩三元鋰電池衰減。但是電芯在配組做成鋰電池包后，由于一致性問題，主要是電壓和內(nèi)阻不可能完全一樣，其循環(huán)壽命大約為400次。

　　三元鋰電池金屬元素的主要作用和優(yōu)點如下：

　　Co3+：減少陽離子混合占位，穩(wěn)定材料的層狀結(jié)構，降低阻抗值，提高電導率，提高循環(huán)和效率性能。

　　Ni2+：可提高材料的容量（提高材料的體積能量密度），而由于Li和Ni相似的半徑，過多的Ni也會因為與Li發(fā)生位錯現(xiàn)象導致鋰鎳混排，鋰層中鎳離子濃度越大，鋰在層狀結(jié)構中的脫嵌越難，導致電化學性能變差。

　　Mn4+：不僅可以降低材料成本，而且還可以提高材料的安全性和穩(wěn)定性。但過高的Mn含量會容易出現(xiàn)尖晶石相而破壞層狀結(jié)構，使容量降低，循環(huán)衰減。

　　UPS電源

　　UPS是針對中國電網(wǎng)環(huán)境和網(wǎng)絡監(jiān)控及網(wǎng)絡系統(tǒng)、醫(yī)療系統(tǒng)等對電源的可靠性要求，克服中、大型計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)集中供電所造成的供電電網(wǎng)環(huán)境日益惡劣的問題，以全新的數(shù)字技術研制出的第三代工頻純在線式智能型UPS。UPS電源它可以保障計算機系統(tǒng)在停電之后繼續(xù)工作一段時間以使用戶能夠緊急存盤，使用戶不致因停電而影響工作或丟失數(shù)據(jù)。

　　UPS電源系統(tǒng)由五部分組成：主路、旁路、電池等電源輸入電路，進行AC/DC變換的整流器（REC），進行DC/AC變換的逆變器（INV），逆變和旁路輸出切換電路以及蓄能電池。UPS不間斷電源的主要優(yōu)點，在于它的不間斷供電能力。在市電交流輸入正常時，UPS把交流電整流成直流電，然后再把直流電逆變成穩(wěn)定無雜質(zhì)的交流電，給后級負載使用。一旦市電交流輸入異常，比如欠壓了或者停電了又或者頻率異常了，那么UPS會啟用備用能源-蓄電池，UPS的整流電路會關斷，相應的，會把蓄電池的直流電逆變成穩(wěn)定無雜質(zhì)的交流電，繼續(xù)給后級負載使用。

　　就目前來說，暫時還沒有三元鋰電池能否應用在UPS電源的案例，三元鋰電池一般都是應用在新能源汽車上作為動力電池。三元鋰電池安全性差、耐高溫性差、壽命差、大功率放電差。安全性較差和循環(huán)壽命較短是三元鋰電池的主要短板，尤其是安全性能，是一直限制其應用在UPS電源一個主要因素。大量實測表明，容量較大的三元電池很難通過針刺和過充等安全性測試，這也是大容量電池中一般都要多引入錳元素，甚至混合錳酸鋰一起使用的原因。因此三元鋰電池目前主要的應用領域是3C數(shù)碼等消費類電子產(chǎn)品。

　　目前大部分UPS電源上應用的是磷酸鐵鋰電池，就是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。這一類電池的特點是不含貴重金屬元素。磷酸鐵鋰電池UPS電源在儲能特性、循環(huán)壽命、高溫適應能力、綠色環(huán)保等方面比三元鋰電池都顯示了無可比擬的優(yōu)勢。為了解決以上問題，通信行業(yè)和一些知名品牌的大功率UPS配置磷酸鐵鋰電池組應用在不斷增加，鋰電池UPS市場一個新趨勢，是對數(shù)據(jù)中心和UPS應用中鋰離子電池的興趣日益增長。

　　三元鋰電池的缺點

　　1、安全性差

　　2、耐高溫性差

　　3、壽命差

　　4、大功率放電差

　　5、元素有毒

　　磷酸鐵鋰電池UPS電源的優(yōu)勢特點

　　1、鋰電池高溫適應能力強，磷酸鐵鋰電池包熱峰值可達350~500℃，可以在-20℃—75℃的環(huán)境下使用。

　　2、磷酸鐵鋰電池綠色環(huán)保，不論生產(chǎn)、使用和報廢，都不含有、也不產(chǎn)生任何鉛、汞、鎘等有毒有害重金屬元素和物質(zhì)，符合歐洲RoHS規(guī)定。

　　3、無記憶效應，磷酸鐵鋰電池無論出于什么狀態(tài)，可隨沖隨用，無需先放完全再沖電。

　　4、安全性強：磷酸鐵鋰正極材料具有良好的電化學性能，充放電平臺十分平穩(wěn)，充放電過程中結(jié)構穩(wěn)定，可以過放電到零伏。即使電池內(nèi)部或外部受到傷害，電池不燃燒、不爆炸、安全性較好。

　　5、高循環(huán)壽命：經(jīng)500次循環(huán)，其放電容量仍大于95%。

　　6、鋰電池UPS充電快速。使用專用充電器，1.5C充電40分鐘即可以使電池充滿。

　　三元鋰電池不能應用在UPS電源上，磷酸鐵鋰電池作為UPS系統(tǒng)的重要組成部分，市場上的UPS電源廠商多數(shù)都在將蓄電池淘汰，使用新型的鋰電池，鋰電池UPS在儲能電源系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)領域、通信基站、航空航天等多個領域得到了廣泛而深入的應用。