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电池知识

三元聚合物锂电池有着更优于磷酸铁锂电池,为什么它的发展却受到了阻碍呢?

来源:宝鄂实业    2019-04-16 21:02    点击量:

      磷酸铁锂电极材料是目前最安全的锂离子电池正极材料,加上其循环寿命达到2000次以上,标准充电(5小时率)使用,可达到2000次的循环性特点,再加上由于产业成熟而带来的价技术门槛和技术的下降,使得很多厂商出于各种因素考虑都会采用磷酸铁锂电池。可以说新能源汽车的兴起,和磷酸铁锂电池有着不可或分的关系。

 

  不过,磷酸铁锂电池有一个致命性的缺点,那就是低温性能较差,即使将其纳米化和碳包覆也没有解决这一问题。研究表明,一块容量为3500mAh的电池,如果在-10℃的环境中工作,经过不到100次的充放电循环,电量将急剧衰减至500mAh,基本就报废了。这对于我国幅员辽阔,冬天低气温的确较多的综合国情来说,的确不是一件好事。

 

  此外,材料的制备成本与电池的制造成本较高,电池成品率低,一致性差,这也是导致很多纯电动汽车续航能力并不能达到标称值的重要原因。因此,我们可以看到国内有不少的新能源汽车(无论是纯电动还是混合电动),或者是一些比较廉价的新能源汽车,会出于不同的原因选择磷酸铁锂电池。可以说,磷酸铁锂电池的使用,对于新能源汽车量产落地以及推广,都有着不可磨灭的奠基作用。

 

  对比之下,三元聚合物锂电池的确有着更优于磷酸铁锂电池的特质,然而为什么它的发展却受到了阻碍呢?

 

  三元聚合物锂电池:不安分的未来

 

  三元聚合物锂电池是指正极材料使用镍钴锰酸锂(Li(NiCoMn)O2)三元正极材料的锂电池,三元复合正极材料前驱体产品,是以镍盐、钴盐、锰盐为原料,里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整。三元锂电池能量密度更大,但安全性经常受到怀疑。

 

  之所以会有这样的原因是即便这两种材料都会在到达一定温度时发生分解,三元锂材料会在更低的200度左右发生分解,而磷酸铁锂材料是在800度左右。并且三元锂材料的化学反映更加剧烈,会释放氧分子,在高温作用下电解液迅速燃烧,发生连锁反应。说简单点,就是三元锂材料比磷酸铁锂材料更容易着火。不过需要注意的是,我们提到的是材料,而不是已经成为成品的电池。

 

  正因为三元锂材料有这样的安全隐患,所以厂商也在努力往抑制产生事故的方向走。根据三元锂材料容易热解的特性,厂商在过充保护(OVP)、过放保护(UVP)、过温保护(OTP)、过流保护(OCP)这几个环节上都会下不少的功夫。所以自燃事件更多是应该考量厂商在这几个环节的功能是否落实到位,而不是简单的因噎废食。

 

  那么这两种电池现在的使用情况又是怎么样的呢?让我们来关注一组数据。去年11月,磷酸铁锂电池的电动大巴装机量占到了64.9%,三元锂电池装机量只有27.6%。相反,在纯电动乘用车市场,三元锂电池在去年11月的装机量超过76%。

 

  可以看出,三元锂电池自身能量密度更大的优势,应该是要作为未来汽车新能源存储设备而生的。而现在发生相关的安全事件,在新能源汽车的普及仍然处于初级阶段的时候,可以称得上是一件好事。很多新能源汽车相关企业为了能够完成抢占市场和获得政策支持的双重目标,放宽技术要求,大量生产经不起长时间反复使用的能源组件。汽车工作的环境是严苛的,长时间使用这些零部件,发生安全事故的原因难免大大增高。

 

  因此我们可以认为在中国电动车百人会上工业和信息化部装备司司长张相木发表要对三元锂电池客车的安全性能进行评估,是国家有关部门有意从政策层面上进行一次标准的界定,以促进行业标准的产生。无论是对于消费者还是厂商,在未来都有着相当积极的意义。因此没有必要因为在网上片面地看到三元锂电池的安全事故消息就裹足不前,材料都是会有危险的,关键在于如何牢牢地控制。

一方面,动力电池回收主体还处于缺位状态,相关管理也未能及时到位;另一方面,既有回收企业因为“吃不饱”而不得不寻求其他业务。动力电池回收主体正经历着怎样的市场考验?未来又应如何发展?

 

  动力电池回收主体还未就位

 

  尽管动力电池报废回收高峰期还没到来,但在此之前,最早示范运行的车辆已经进入报废回收阶段。

 

  按照动力电池特性,遵循循环利用的原则,我国当前倡导退役动力电池先梯次利用再报废回收的原则,并且要求整车企业作为动力电池回收主体,承担动力电池回收责任。但是,由于整车企业大多仅是电动汽车的“组装厂”,而电池则由专门的电池企业提供,这就出现了动力电池回收三类主体并存的现象:第一类是整车企业;第二类是电池生产企业;第三类是动力电池报废回收处理企业及原材料企业。

 

  “只有整车企业作为主体才能确保让所有动力电池都能走向正规回收渠道,避免像铅酸蓄电池一样流入黑市。”作为动力电池报废回收末端的报废回收企业,江西省赣州市豪鹏科技有限公司总经理区汉成认为,整车企业必须作为第一责任主体,确保动力电池进入正规回收渠道,进而提升其全生命周期的利用效率。目前,在动力电池回收方面,北汽新能源和比亚迪作为我国较早从事新能源汽车示范推广的企业早就有了行动。

 

  “我们在退役动力电池的回收利用上进行了很多尝试,不仅推出了换电模式,还提出了‘擎天柱计划’,用光储电站的方式梯次利用退役动力电池。另外,还专门成立了动力电池再利用公司,专门进行退役动力电池的回收利用。”北汽新能源相关负责人在接受《中国汽车报》采访时介绍,北汽新能源早在2016年就联合河南新乡电池研究院在北京成立了北京匠芯电池科技有限公司,致力于动力电池梯次利用、新体系电芯开发以及新型商业模式探索。

 

 

  说完了电池的情况,笔者认为对于新能源汽车的情况,还需要和大家简单介绍一下电池在车辆中的作用。毕竟购买纯电动汽车的消费者仍然占少数,更多朋友所关注的是混合动力汽车。而混合动力汽车严格来说可以分成三种:普通混合动力汽车,插电式混合动力汽车和增程式混合动力汽车。

 

  上面三种汽车中电池容量的排列从小到大恰好是普通混合动力汽车<插电式混合动力汽车≤增程式混合动力汽车。普通混合动力汽车的电池不可充电,电池用于启动和急加速状态;插电式混合动力汽车的电池在普通混合动力汽车电池的基础上增大容量且可充电,具备更加出色的加速能力和省油能力;而增程式混合动力汽车的发动机用于驱动电机发电,更倾向于纯电动汽车。

 

  这三种混合动力汽车模式各有利弊,在现阶段的主力也是以普通混合动力和插电式混合动力为主。正是因为三种混合动力汽车的特质均有对于电池寿命和工作环境的共同点,因此无论是购买采用何种模式的混合动力汽车,消费者都要留意相关的参数,如电池材质、使用环境和最佳工作状态等。与此同时,厂商也应该在设计过程中严格把控电池质量和相关安全设置,确保使用的安全高效。

 

  新能源汽车的发展的关键,在于其使用体验是否能够媲美甚至超越传统的内燃机汽车,同时在购买与售后环节中是否有更加出色的优势。在笔者看来,新能源汽车的发展关键,同样是困扰着移动数码产品的关键--电池的发展。如何在安全的情况下保证电池技术能够满足消费者日益成长的需求,不仅是汽车科技相关行业人员,还是科研工作者在全领域的追求。