三元锂电池到底是哪三元?三元锂离子电池PK磷酸铁锂电池,谁更厉害?
先为大家介绍三元锂电池和磷酸铁锂电池的不同:
三元锂和磷酸铁锂都是动力电池的正极材料,对电池能量密度有着决定性作用,所以在电池命名规则上,多以正极材料来命名,三元锂电池和磷酸铁锂电池的由来皆是如此。
国内的新能源汽车企业,早期大多采用磷酸铁锂电池作为能量来源。
磷酸铁锂电池则是采用磷酸铁锂(LiFePO4)作为正极材料,用铁元素来做电池原料,一来成本低廉,二安全性较高。磷酸铁锂晶体中的P-O键非常稳固,难以分解,即便在高温或过充时也不会发生结构崩塌发热或形成强氧化性物质,拥有良好的安全性。因此,国内的新能源汽车企业,早期大多采用磷酸铁锂电池作为能量来源。
三元锂电池到底是哪三元?
三元锂电池的“三元”指的是包含镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)或铝(Al)三种金属元素的聚合物,在三元锂电池中做正极。三者缺一不可,在电池内部发挥巨大的作用。
- 镍:主要作用是提升电池的体积能量密度,是提升续航里程的主要突破口,但含量过多会导致镍离子占据锂离子位置(镍氢混排),导致容量下降。
- 钴:抑制阳离子的混排,用以提升稳定性和延长电池的寿命,此外,也决定了电池的充放电速度和效率(倍率性能),但过高的钴含量会导致实际容量降低。
- 铝或锰:钴是十分昂贵的稀有金属成本高昂,锰或铝的作用在于降低正极材料成本,同时提升电池的安全性和稳定性。
三元锂离子电池PK磷酸铁锂电池,谁更厉害?
如题主所问,两者谁更适合电动汽车?先来看看以下几个维度的对比:
高温安全性比较:
- 三元锂电池的三元材料会在200℃时发生分解
- 磷酸铁锂电池的分解温度在800℃,更不容易着火,安全性相对较高
低温衰减性能比较:
- 三元锂电池的低温性能优异,在-20℃条件下可保持正常电池容量的约70%~80%,磷酸铁锂电池在-20℃条件下只能保持正常电池容量的约50%~60%,显然三元锂电池更适应北方低温地区的使用条件
- 气温低于-10℃,磷酸铁锂电池衰减得非常快,经过不到100次充放电循环,电池容量将下降到初始容量的20%,基本与寒冷地区的使用绝缘
制造成本比较:
- 三元锂电池所必需的钴元素在我国储量较少,大部分靠海外进口,所以三元锂电池的成本必然居高不下
- 磷酸铁锂电池所需原材料无需进口,供应充足,价格稳定,成本相对较低
能量密度比较:
- 三元锂电池的能量密度较高,通过调节镍、钴、锰(或铝)三种金属元素比例,还有极大的提升空间
- 磷酸铁锂电池能量密度较低,基本已经达到理论极致
能量密度、低温性能,倍率性能等方面,三元锂离子电池综合性能优于磷酸铁锂电池,但是在稳定性以及成本上,磷酸铁锂电池占据优势。在目前的应用市场上,新能源客车的电池主要为磷酸铁锂电池,而三元锂离子电池因其优势成为乘用车商业化首选。
磷酸铁锂电池的主要优势:
安全性能高
磷酸铁锂晶体中的P-O键稳固,难以分解,即便在高温或过充时也不会像钴酸锂一样结构崩塌发热或是形成强氧化性物质,磷酸铁锂分解温度约在600℃,因此拥有良好的安全性。虽然在过充情况下,出现过燃烧和爆炸,但其过充安全性较之普通液态电解液钴酸锂电池、三元电池,已大有改善。
长寿命
铅酸电池的循环寿命在300次左右,最高约500次,而磷酸铁锂动力电池,循环寿命达到2000次以上,标准充电(0.2C,5小时)使用,可达到2000次。同质量的铅酸电池则是“新半年、旧半年、修修补补又半年”,最多也就1~1.5年时间,而磷酸铁锂电池在同样条件下使用,理论寿命将达到7~8年。综合考虑,性能价格比理论上为铅酸电池的4倍以上。大电流放电可大电流2C快速充放电,在专用充电器下,1.5C充电40分钟内即可使电池充满,起动电流可达2C,而铅酸电池无此性能。
高温性能好
磷酸铁锂电热峰值可达350℃-500℃而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。工作温度范围宽广(-20C--+75C),有耐高温特性磷酸铁锂电热峰值可达350℃-500℃,而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。
容量大
具有比普通电池(铅酸等)更大的容量,通过电池的能力密度就知道,铅酸电池的能量密度约在40WH/kg,市场上主流的磷酸铁锂电池,能量密度均做到90WH/kg以上。
无记忆效应
可充电池在经常处于充满不放完的条件下工作,容量会迅速低于额定容量值,这种现象叫做记忆效应。像镍氢、镍镉电池存在记忆性,而磷酸铁锂电池无此现象(锂离子类电池一般没有记忆效应),电池无论处于什么状态,可随充随用,无须先放完再充电。
重量轻
同等规格容量的磷酸铁锂电池的体积是铅酸电池体积的2/3,重量是铅酸电池的1/3,二能量密度却是铅酸电池的数倍。
环境友好
该电池一般被认为是不含任何重金属与稀有金属(镍氢电池需稀有金属),无毒(SGS认证通过),无污染,符合欧洲RoHS规定,为绿色环保电池。锂电池之所以被业界看好,一个重要的原因是环保考量。
但有一点请正视,锂电池属于新能源行业不错,但它也不能避免重金属污染的问题。金属材料加工中有铅、砷、镉、汞、铬等都有可能会释放到灰尘和水中。电池本身就是一种化学物质,所以有可能会产生两种污染:一是生产工程中的工艺排泄物污染;二是报废以后的电池污染。