三元锂电池能否应用在UPS电源上

来源：存能电气  日期：2019-04-13 11:28  浏览量：次

　　三元锂电池能否应用在UPS电源上？在UPS电源行业中，随着用户需求的后备时间越来越长，三元锂电池和磷酸铁锂电池的应用也越来越广泛。UPS是不可以用三元锂电池的，锂电池安全性不高，如果按UPS生产厂商无法标准化量产，每个电池都需要客制化，相对的成本及价格就会高高在上，令人望之却步。

　　三元锂电池能否应用在UPS电源上？

　　三元锂电池

　　三元聚合物锂电池是指正极材料使用锂镍钴锰或者镍钴铝酸锂的三元正极材料的锂电池，锂离子电池的正极材料有很多种，主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。三元锂电池从形状上来区分，可分为软包电池、圆柱电池和方形硬壳电池。其标称电压可达到3.6-3.8V，能量密度比较高，电压平台高，振实密度高，续航里程长，输出功率较大，高温稳定性差，但低温性能优异，造价也比较高。

　　日本松下、韩国LG化学、三星SDI等多采用三元锂电池的技术路线，比如新能源巨头特斯拉就采用了松下的镍钴铝酸锂三元锂电池，就是所谓的NCA，在ModelS和ModelX上采用的是松下18650电池组，而最新的MODEL3采用了更大容量的21700圆柱体电池组。

　　三元锂电池寿命是多久？

　　对于电池寿命，普通上锂电池使用寿命大概是5到20年，平均可以达到8年。不过以现在的技术水平，锂离子电池在电动汽车上的使用寿命大约只有3-5年。三元锂电池的循环次数在500到1000次左右，三元锂电池的理论寿命约为800次左右，磷酸铁锂电池寿命约为2000次。

　　理论上来讲，三元锂电池使用寿命是2000次充放电循环，也能维持5年多。如果进行1000次充放电循环，实质上三元锂电池已经衰减了50%，也就是说充满电只能跑原来里程的一半。另外，优秀的电池管理系统也能减缓三元锂电池衰减。但是电芯在配组做成锂电池包后，由于一致性问题，主要是电压和内阻不可能完全一样，其循环寿命大约为400次。

　　三元锂电池金属元素的主要作用和优点如下：

　　Co3+：减少阳离子混合占位，稳定材料的层状结构，降低阻抗值，提高电导率，提高循环和效率性能。

　　Ni2+：可提高材料的容量（提高材料的体积能量密度），而由于Li和Ni相似的半径，过多的Ni也会因为与Li发生位错现象导致锂镍混排，锂层中镍离子浓度越大，锂在层状结构中的脱嵌越难，导致电化学性能变差。

　　Mn4+：不仅可以降低材料成本，而且还可以提高材料的安全性和稳定性。但过高的Mn含量会容易出现尖晶石相而破坏层状结构，使容量降低，循环衰减。

　　UPS电源

　　UPS是针对中国电网环境和网络监控及网络系统、医疗系统等对电源的可靠性要求，克服中、大型计算机网络系统集中供电所造成的供电电网环境日益恶劣的问题，以全新的数字技术研制出的第三代工频纯在线式智能型UPS。UPS电源它可以保障计算机系统在停电之后继续工作一段时间以使用户能够紧急存盘，使用户不致因停电而影响工作或丢失数据。

　　UPS电源系统由五部分组成：主路、旁路、电池等电源输入电路，进行AC/DC变换的整流器（REC），进行DC/AC变换的逆变器（INV），逆变和旁路输出切换电路以及蓄能电池。UPS不间断电源的主要优点，在于它的不间断供电能力。在市电交流输入正常时，UPS把交流电整流成直流电，然后再把直流电逆变成稳定无杂质的交流电，给后级负载使用。一旦市电交流输入异常，比如欠压了或者停电了又或者频率异常了，那么UPS会启用备用能源-蓄电池，UPS的整流电路会关断，相应的，会把蓄电池的直流电逆变成稳定无杂质的交流电，继续给后级负载使用。

　　就目前来说，暂时还没有三元锂电池能否应用在UPS电源的案例，三元锂电池一般都是应用在新能源汽车上作为动力电池。三元锂电池安全性差、耐高温性差、寿命差、大功率放电差。安全性较差和循环寿命较短是三元锂电池的主要短板，尤其是安全性能，是一直限制其应用在UPS电源一个主要因素。大量实测表明，容量较大的三元电池很难通过针刺和过充等安全性测试，这也是大容量电池中一般都要多引入锰元素，甚至混合锰酸锂一起使用的原因。因此三元锂电池目前主要的应用领域是3C数码等消费类电子产品。

　　目前大部分UPS电源上应用的是磷酸铁锂电池，就是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。这一类电池的特点是不含贵重金属元素。磷酸铁锂电池UPS电源在储能特性、循环寿命、高温适应能力、绿色环保等方面比三元锂电池都显示了无可比拟的优势。为了解决以上问题，通信行业和一些知名品牌的大功率UPS配置磷酸铁锂电池组应用在不断增加，锂电池UPS市场一个新趋势，是对数据中心和UPS应用中锂离子电池的兴趣日益增长。

　　三元锂电池的缺点

　　1、安全性差

　　2、耐高温性差

　　3、寿命差

　　4、大功率放电差

　　5、元素有毒

　　磷酸铁锂电池UPS电源的优势特点

　　1、锂电池高温适应能力强，磷酸铁锂电池包热峰值可达350~500℃，可以在-20℃—75℃的环境下使用。

　　2、磷酸铁锂电池绿色环保，不论生产、使用和报废，都不含有、也不产生任何铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质，符合欧洲RoHS规定。

　　3、无记忆效应，磷酸铁锂电池无论出于什么状态，可随冲随用，无需先放完全再冲电。

　　4、安全性强：磷酸铁锂正极材料具有良好的电化学性能，充放电平台十分平稳，充放电过程中结构稳定，可以过放电到零伏。即使电池内部或外部受到伤害，电池不燃烧、不爆炸、安全性较好。

　　5、高循环寿命：经500次循环，其放电容量仍大于95%。

　　6、锂电池UPS充电快速。使用专用充电器，1.5C充电40分钟即可以使电池充满。

　　三元锂电池不能应用在UPS电源上，磷酸铁锂电池作为UPS系统的重要组成部分，市场上的UPS电源厂商多数都在将蓄电池淘汰，使用新型的锂电池，锂电池UPS在储能电源系统、数据中心、工业领域、通信基站、航空航天等多个领域得到了广泛而深入的应用。