从正极角度看高电压电芯的发展

 

在论坛，有关高电压的帖子发过很多，之所以这么关注这一块，主要是因为高电压是目前
提高数码类电芯能量密度最现实可行的途径之一。而且从目前来看，应该也会是今后发展的
方向。
自开始做镍钴锰三元材料开始，我们就致力于高电压三元材料的开发，只是前些年在高电
压这一块，国内涉及的很少，直至苹果把高电压电池真正批量使用后，国内高端智能机厂
家才开始要求自己的供应商不断地尝试高电压电芯的开发，也正是这种需求的促动，高电
压电芯从去年下半年开始，慢慢的成了一个热闹的话题。
从正极的角度来看，以钴酸锂或者三元为例，电压从

4.2V 开始，每提高 0.1V，容量大约提

高

10-15 个不等。我们认为，对全电池而言，钴酸锂适合 4.35V 以内的充电范围，而三元材

料则适合

4.5V 以内使用。

从今天

4.2V 的充电电压提高到 4.3V 或者 4.35V，虽然容量提升不足 10%，但正是这 10%都

不到的容量提升过程背后所需要的技术积累，却很少有厂家具备。而后的

4.4V 或者 4.5V 现

在也有厂家在不断地研发和摸索，虽然这条路并不好走，但是走好了却风光无限。
从这段时间与国内电芯厂家的沟通来看，我觉得国内高电压的发展存在一些问题。
在这里首先声明，虽然我们只做镍钴锰三元材料，不生产钴酸锂，但是这里的所有内容不
会带有任何偏向色彩。因为在高电压方面钴酸锂和三元各有利弊，只希望能够客观陈述一下
国内高电压的现状和我们认为高电压今后的发展方向。

一

.   提高三元的压实密度是三元用于高电压的首要前提。

高电压最大的目的就是提升电芯的能量密度，而电芯的能量密度除了克容量之外，压实密
度也有非常关键的作用。
以

4.35V 为例，钴酸锂在 4.35V 下 0.2C 的容量典型值大约为 160，111 三元的典型值大约为

165，523 三元的典型值大约为 175。如果钴酸锂的压实密度按照 4.0 来计算（改性会稍微降
低钴酸锂的压实密度），那么

111 三元材料至少要达到 3.85g/cm³，而 523 三元则至

少要达到

3.65g/cm³的压实密度，才能有与之相当的能量密度。常规的三元压实密度大

都低于

3.5g/cm³，所以即使同样解决其他的问题，单纯从能量密度方面来看，三元在

4.35V 以内似乎没有优势。因此如果想要三元在高电压领域和钴酸锂有相当的能量密度，首
先就要把压实密度提高至接近钴酸锂的水平。
而从理论密度来看，三元大约为

4.8g/cm³，钴酸锂为 5.1g/cm³，所以如果在形

貌控制水平相同的情况下，二者的压实密度相当，所以即使

3.85 的压实密度对于三元而言

并非不可能，途径在之前的帖子里也说过了，在这里并不是为了做产品宣传，所以不说太
多。有了高压实的前提，就可以考虑三元和钴酸锂在电化学性能方面针对高电压存在的一系
列问题了。

二

.   钴酸锂和三元在高电压下都面临种种问题。

由于目前

4.35V 以内是最现实的，而且钴酸锂究竟是否适合在 4.35V 以上电芯中应用现在

也没有讨论的必要，所以大体说一下目前

4.35V 以内高电压的现状。

对于钴酸锂而言，通过对材料改性，在

4.35V 以内结构稳定性有了明显的提高，但是由于

电压提升了

0.15V，对于正极和电解液的稳定性要求有所提高，而且对于电池环境控制的

要求也要严格很多，所以目前主要的挑战在于结构稳定性。现在一些厂家测试高电压钴酸锂
高温下的稳定性还是比较容易控制的，包括软包

85

℃4 小时的硬性指标都可以通过，而主

要存在的问题在于循环和安全性较差。至于循环和安全性问题究竟在于钴酸锂本身结构稳定
性的问题还是电池体系的问题，仁者见仁，没有统一的认识，但是目前这些问题确实是存
在的，能够真正解决这些问题的厂家并不多，从目前市面上

4.35V 钴酸锂电池的量就能看