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电池知识

三元锂和磷酸铁锂两大主流技术方向,他们都有哪些优劣势呢?

来源:宝鄂实业    2019-07-13 21:36    点击量:

提到电动汽车心脏,莫过于动力电池,三元锂和磷酸铁锂则是两大主流技术方向,那么他们都有哪些优劣势,这篇文章带着大家全面解读;

1、电动汽车心脏?

据公开资料显示,动力电池分为化学电池、物理电池和生物电池三种,电动汽车采用则是化学电池,它是车辆驱动能量来源,堪称电动汽车心脏,从结构上可分为蓄电池和燃料电池,其中蓄电池泛指可重复充电电池,大致有镍氢电池、锂离子电池、锂聚合物电池和铅酸蓄电池等,锂离子电池因为能量密度高和循环寿命寿命长,成为电动汽车乃至大多数电子产品的常用电池(本文属于原创,三毛看车首发,转载请注明);

 

2、动力电池性能如何评价?

众所周知,锂离子电池由正极材料、负极材料、隔膜和电解液四个部分组成,其中正极材料成本达到30%,也是当前提升电池性能关键,根据使用材料不同分为钛酸锂、钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰和镍钴铝六种,其中后两者就是大名鼎鼎的三元锂电池,又称三元聚合物电池;

业内人士指出,动力电池性能指标主要有储能密度、循环寿命、充电速度、抗高低温和安全性五个维度,其中储能密度和安全性是两大刚需,钛酸锂电池和锰酸锂电池因为储能密度太低而被抛弃,钴酸锂则因安全性太差而束之高阁,仅仅剩下磷酸铁锂电池和三元锂电池跻身主流市场,分别应用于客车市场和乘用车市场;

 

3、三元锂电池VS磷酸铁锂电池?

事实上,三元锂和磷酸铁锂两种电池并没有绝对好坏,而是各有千秋,其中三元锂电池优势在于储能密度和抗低温两个方面,首先在储能密度上,三元锂电池因为电压高,其能量密度基本能达到240WH/kg,几乎是磷酸铁锂电池140WH/kg的1.7倍(本文属于原创,三毛看车首发,转载请注明);

同时,就NCA(镍钴铝)和NCM(镍钴锰)两种电池比较而言,NCA性能更为优异,但因为热失控温度较低,对制作工艺要求高、成本高且技术掌握在日韩车企手中,因而国内主要研发NCM电池,当前按照三元材料比例不同,分为111、523、622和811四种,其中881高镍电池成为重点突破方向,因为它是提升电芯能量密度关键;

其次则是抗低温上,三元锂电池低温使用下限值为零下30度,相比磷酸铁锂电池低温下限值零下20度更有优势,同时在相同低温条件下,三元锂电池冬季衰减不到15%,明显高于磷酸铁锂电池衰减高达30%以上,更加适合北方市场,这就是为什么比亚迪畅销南方,却很难在北方打开市场关键所在(本文属于原创,三毛看车首发,转载请注明);

不过,磷酸铁锂同样在三个方面占尽优势,其一是安全性高,因为磷酸铁锂电池热失控温度普遍在500度以上,三元锂电池则低于300度,一些高镍电池热失控温度甚至低于200度,相比之下磷酸铁锂电池在汽车高速行驶及快速充电过程中自燃风险较低;

其二是循环寿命更长,因为磷酸铁锂电池充放电循环次数大于3500次后才会开始衰减,也就是说其使用寿命可长达十年左右,但三元锂电池充放电循环次数则仅为2000次,意味着其使用寿命仅为6年,可见两者之间差距;

其三则是制造成本更低,因为磷酸铁锂电池没有贵重金属,因而生产成本较低,反观三元锂电池则因为采用钴金属,其70%储量在非洲刚果金,这让其进口价格一路飙涨,当前报价已经达到20万元/吨,相比之下一顿电解镍的价格仅为11万元/吨,这就是倒逼电池企业走811技术路线的另外关键原因;

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。

磷酸铁铁锂电池质量比较好的情况下,1衰减量可以控制在5%以内,第二年可以在15%以内。当然,具体也和使用负荷,使用频率有关系,这里只是一个大概的表述。综合多种因素,磷酸铁铁锂电池的使用特性大致可以表述为:尺寸相对较大,低温性能不好,可以在寿命期内保持相对平缓的衰减速率,一般用8年左右是可以的;但如果在南方使用。磷酸铁锂电池的寿命还要比8年更长一些。

磷酸铁锂动电池,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。同质量的铅酸电池是“新半年、旧半年、维护维护又半年”,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。

 

磷酸铁锂电池的寿命比铅酸电池长4-5倍,以现在技术含量比较高的铅酸电池来说,寿命达到5年没有问题。而锂电池由于负极材料石墨存在结构坍塌的问题,即使搁置五年不使用也会报废。