详解动力电池技术及其对电动汽车充电技术的影响
来源：宝鄂实业
2019-05-22 17:09
点击量：次
现在三元正极材料的各方面性能已经相当棒了，是锂电王国当之无愧的储君。
而磷酸铁锂和锰酸锂只能算是平民出身的状元和将军了，铁锰那是相当便宜了，不过恰恰因为成本低，同时还有不少优点，被视为未来动力电池的两大先锋，大有逆袭之势。
磷酸铁锂LFP材料能量密度最低，功率、循环寿命和安全性最优，成本居中。
NCM/NCA三元材料的能量密度最有优势，功率居中，循环寿命不输于LFP，安全性一般，成本有点高。
总体来说，三元材料(NCM/NCA)比磷酸铁锂容量大、电压平台高、振实密度大、低温性能好；而磷酸铁锂（LFP）有着三元材料无法比拟的循环稳定性和热稳定性。
目前商品化的电池大多采用石墨负极材料，近几年尖晶石钛酸锂材料( Li4Ti5O12，LTO)在倍率性能和循环性能上表现十分突出，被视为下一代负极材料的热门候选。
三、锂离子电池在电动汽车上的应用
以北汽、比亚迪等11家企业在北京市备案销售二十多款的主要车型为例，除未明确公布类型的锂离子电池外，9款车型用的是磷酸铁锂电池，15款用的是三元锂电池，当然市场上还有少量车型，例如启辰晨风，采用的是锰酸锂离子电池。
从总体趋势来看，除了比亚迪外，大多数厂商已经全面转向三元了，北汽虽然在EV160仍然保持磷酸铁锂技术，但是在新推出的EU260等已转向三元锂，预计未来2年国内厂商推出的新能源汽车会绝大部分选用三元锂电池，一直专注于磷酸铁锂电池的比亚迪最新研究的磷酸铁锰锂电池突破了传统的磷酸铁锂电池的能量密度限制，达到了三元材料水平（质量能量密度约为150Wh/kg）。
四、钛酸锂电池又是怎么回事？
目前无论消费电子产品还是电动汽车使用的锂离子电池，负极材料都是层状石墨。
石墨价格便宜量又足，导电性高，耐腐蚀，所以虽然碳材料家族的后生足球烯（C60）、碳纳米管和石墨烯风风火火的来，最后都在产业化大熔炉的熊熊烈火中退避三舍或举步维艰。
市场角度
钛酸锂动力电池在电动汽车市场上的应用主要以新能源客车和公交为主。
技术角度
尖晶石钛酸锂材料，是一种“零体积应变”材料，具备超长的循环寿命。它充放电电压平稳有效避免了电池短路的安全隐患，极大地提高电池的安全性。
然而由于材料的导电性差，严重限制了钛酸锂的倍率性能。另外，在充放电临近结束时，存在电压的突升降现象，难以进行基于电压的荷电状态预测，给能量体系的高效管理带来极大的难度。而且，钛酸锂（LTO）材料用于电池开发始于20世纪90年代，其作为负极材料应用，相对碳负极有较大的优势，近年来受到很大的关注，但却未能一直在乘用车领域有所发展
如果此项技术不能应用于乘用车领域，仅仅还立足于新能源客车和公交，那并不会对电动汽车领域的电池技术升级带来多大影响。
未来，在电动汽车领域钛酸锂和磷酸铁锂、三元锂三足鼎立的局面是否会出现仍然有待深究。正极材料研究瓶颈之下转向研究负极材料不失为一种策略，但是是否能够行之有效还得看能量密度问题是否能够解决。
充电技术的发展伴随着锂电池的发展。而锂电池自诞生到现在，似乎越来越难有突破，为了保证锂电池的使用寿命能够达到2000次左右，一直以来要求优先使用“慢充”模式(充电时间大都在6-8个小时)，对于有着快充需求的用户极大降低了使用体验。
现在钛酸锂能够引起广泛的关注和讨论无非就是因为其在“快充”、“功率型”方面的极大优势。
大功率快速充电技术的发展趋势：
钛酸锂的功率型优势是靠牺牲能量密度得来的（以前装100kg电池，现在如果还想跑那么远，就要装200kg），如果算单位能量(RMB/Wh)价格，钛酸锂比较缺乏竞争力。
但钛酸锂电池在客车及公交车领域的成功应用表明在特定车型或应用场景下，钛酸锂可快充的独特性也有其可进行商业化应用的价值。
重庆电力公司已研制出了适用于钛酸锂电池充电的高电压（750V）、大电流（600A）、大功率（450kW）的直流充电系统，8分钟可充到电池容量的80%，10分钟可充到100%，并在重庆渝北、南岸等区实现商业应用两年以上。
随着电动汽车快充需求的加大，将出现更多的大功率直流充电设备，需要研究攻克充电过程中的热管理技术、充电安全等技术，保证大功率充电在温度和时间限值内工作，减少充电危险事故的发生。
电池能量密度的提升和快充技术的发展均是为提升电动汽车用户体验而服务的，相信随着电池技术及充电技术的发展与推广，实现车用动力电池更快速、更高效充电和长寿命运行，电动汽车市场将更加火热。
