定制热线: 400-678-3556

宝鄂百科

磷酸铁锂电池与三元锂电池,有什么区别?

来源:宝鄂实业    2019-03-29 13:03    点击量:
磷酸铁锂电池的全名是磷酸铁锂锂离子电池,这名字太长,简称为磷酸铁锂电池。由于它的性能特别适于作动力方面的应用,则在名称中加入“动力”两字,即磷酸铁锂动力电池。也有人把它称为“锂铁(LiFe)动力电池”。
 
意义
 
截止本人增补此词条(2013年4月24日),金属交易市场,钴(Co)最贵,并且存储量不多,镍(Ni)、锰(Mn)较便宜,而铁(Fe)最便宜。正极材料的价格也与这些金属的价格行情一致。因此,采用LiFePO4正极材料做成的锂离子电池应是最便宜的。它的另一个特点是对环境无污染。
 
作为充电电池的要求是:容量高、输出电压高、良好的充放电循环性能、输出电压稳定、能大电流充放电、电化学稳定性能、使用中安全(不会因过充电、过放电及短路等操作不当而引起燃烧或爆炸)、工作温度范围宽、无毒或少毒、对环境无污染。采用LiFePO4作正极的磷酸铁锂电池在这些性能要求上都不错,特别在大放电率放电(5~10C放电)、放电电压平稳上、安全上(不燃烧、不爆炸)、寿命上(循环次数)、对环境无污染上,它是最好的,是目前最好的大电流输出动力电池。
 
结构与工作原理
 
LiFePO4电池的内部结构如图1所示。左边是橄榄石结构的LiFePO4作为电池的正极,由铝箔与电池正极连接,中间是聚合物的隔膜,它把正极与负极隔开,但锂离子Li+可以通过而电子e-不能通过,右边是由碳(石墨)组成的电池负极,由铜箔与电池的负极连接。电池的上下端之间是电池的电解质,电池由金属外壳密闭封装。
 
LiFePO4电池在充电时,正极中的锂离子Li+通过聚合物隔膜向负极迁移;在放电过程中,负极中的锂离子Li+通过隔膜向正极迁移。锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回迁移而命名的。
 
主要性能
 
LiFePO4电池的标称电压是3.2V、终止充电电压是3.6V、终止放电压是2.0V。由于各个生产厂家采用的正、负极材料、电解质材料的质量及工艺不同,其性能上会有些差异。例如同一种型号(同一种封装的标准电池),其电池的容量有较大差别(10%~20%)。
 
磷酸铁锂动力电池主要性能列于表1。为了与其他可充电电池的相比较,也在表中列出其他种类可充电电池性能。这里要说明的是,不同工厂生产的磷酸铁锂动力电池在各项性能参数上会有一些差别;另外,有一些电池性能未列入,如电池内阻、自放电率、充放电温度等。
 
磷酸铁锂动力电池的容量有较大差别,可以分成三类:小型的零点几到几毫安时、中型的几十毫安时、大型的几百毫安时。不同类型电池的同类参数也有一些差异。这里再介绍一种目前应用较广的小型标准圆柱形封装的磷酸铁锂动力电池的参数。其外廓尺寸:直径为18mm、高650mm(型号为18650),其参数性能如表2所示。
 
过放电到零电压试验
 
采用STL18650(1100mAh)的磷酸铁锂动力电池做过放电到零电压试验。试验条件:用0.5C充电率将1100mAh的STL18650电池充满,然后用1.0C放电率放电到电池电压为0C。再将放到0V的电池分两组:一组存放7天,另一组存放30天;存放到期后再用0.5C充电率充满,然后用1.0C放电。最后比较两种零电压存放期不同的差别。
 
试验的结果是,零电压存放7天后电池无泄漏,性能良好,容量为100%;存放30天后,无泄漏、性能良好,容量为98%;存放30天后的电池再做3次充放电循环,容量又恢复到100%。
 
这试验说明该电池 即使出现过放电(甚至到0V),并存放一定时间,电池也不泄漏、损坏。这是其他种类锂离子电池不具有的特性。
中国的新能源汽车市场可说发展的越来越快,之所以发展快速,很大部分原因离不开国家对新能源汽车的补贴政策,在政府的大力支持下,新能源汽车快速前进,车企对“续航里程”的追求也越来越高,新能源汽车的核心部件“电池”也是“优胜劣汰”,三元锂电池逐渐被新能源汽车广泛应用。
 
 
但是随着2018年补贴政策大幅度下调,以前常被应用的磷酸铁锂电池能否重新取代三元锂电池,成为新能源汽车的“宠儿”呢?笔者认为可能性较小,但是至少在大型客车和公共交通方面,磷酸铁锂电池依然会被广泛应用。
 
 
在目前市场上,大多数新能源汽车主要使用的是三元锂电池,磷酸铁锂电池,锰酸锂电池。那么相比之下,磷酸铁锂电池有什么优势能够支持它逆袭呢?
 
三元锂电池
 
三元锂电池的优势是能量密度高,循环性能好,续航里程大,比较适合未来新能源汽车电池的发展趋势,而且适合北方天气,低温环境下电池更加稳定。不过它最大的劣势就是三元锂材料不稳定,容易在200度左右发生分解,并且在高温环境下电解液会迅速燃烧,发生连锁反应,这也是为什么现在有些新能源汽车发生碰撞后容易自然的原因。
 
 
但是对于很多消费者来说,现在新能源汽车的续航里程仍然是它们所担心的一个问题,所以不管有没有补贴,消费者都是希望电动汽车的续航里程能够更长,反之,汽车厂商不管有没有补贴肯定也希望自己的电动汽车续航里程能够越大越好,毕竟这样消费者才会买单,所以这时候三元锂电池的优势就很重要了,这也是为什么很多厂商愿意选择三元锂电池的原因。
 
 
磷酸铁锂电池
 
磷酸铁锂电池的最大优势就是安全稳定性。它是目前最安全的锂离子电池正极材料,而且循环使用寿命可达2000次以上,比三元锂电池寿命更长。但是它的劣势就是能量密度低,而且耐低温性能较差,在低温环境下工作不仅寿命低,放电效率也低。此外体积大,较重,会占用车内大量空间。所以这种安全性较高但是能量密度较低的电池一般应用于公共交通方面。不过对于家用车来说现在一般较少采用。
 
 
锰酸锂电池
 
锰酸锂电池是前两年比较主流的动力电池,但是随着对续航里程的追求,现在也渐渐被三元锂电池所超越。锰酸锂电池在这三种电池中价格最便宜,工作电压高,倍率性能好,低温工作性能好,缺点是能量密度较低,使用寿命一般,尤其是高温循环性能差,而安全稳定性则是三者中的中等水平。
 
 
就目前新能源市场上主要使用的三种电池比较来看,就凭续航里程这一点,三元锂电池就牢牢占据榜首。而且就算是在现阶段补贴下降的情况下,三元锂电池在能量密度上也占据很大优势。不过从安全性上来看,磷酸铁锂电池在今后还是有很大发展空间的,不过前提还是在解决了里程问题之后,毕竟目前消费者对于电动汽车的续航里程追求更大,所以磷酸铁锂电池想借补贴退坡逆袭可能性较小。