三元锂电池和磷酸铁锂电池的优劣对比
2019最新预计新能源汽车补贴将持续滑坡,针对续航200km以下车型逐渐取消补贴,乘用车电池能量密度上升至140wh/kg左右,这些都让高能量密度的产品更加获得政策的照顾和市场的亲睐,更何况始终紧跟市场政策导向前进的新能源车产业。所以目前乘用车市场更多采用能量密度较高的三元锂电池。
能量密度
这样就不得不说到能量密度。电池的核心参数是电池的能量密度,能量密度是衡量电池单位体积所储存的电量的参数,单位用Wh/L表示。在使用时最直观的感受就是加速性能的快慢很大程度上取决于能量密度的大小。
而因为三元锂电池与磷酸铁锂电池的化学性质等因素的差异,三元锂电池的能量密度普遍比磷酸铁锂电池高出70%左右,这也就造成了搭载三元锂电池的车型普遍跑的远、加速快。
安全性
磷酸铁锂电池电热峰值大于350℃,相比而言三元锂电池300℃就可能分解产生危险,需要保护装置与BMS系统来控温保护,这也是造成三元锂电池成本较高的因素之一。
寿命
电池寿命指的是多次完整循环的充放电后电池容量的衰减情况。磷酸铁锂电池普遍拥有超过2000次的循环寿命,三元锂电池仅有一半的寿命。但在目前技术进步、国家三包等政策要求电动车电池8年/15万公里质保的市场环境下,这个数据的参考价值有限。
低温环境
磷酸铁锂电池一般有使用温度限制,在低温环境下使用容量衰减大、充放电性能下降更为明显。一般情况下,三元锂电池可在-30℃左右使用,而磷酸铁锂只能-20℃左右使用。而目前主流解决这一问题的方法是加装电池预热装置。
1. 三元锂电池
优点——能量密度高
低温环境下使用性能好
缺点——成本高昂,控制整车价格难度大
安全性较难控制
使用寿命较短
重量大,能耗高
2. 磷酸铁锂电池
优点——安全性较好,热稳定性好
使用寿命较长
开发、生产成本较低
缺点——能量密度较低
低温环境容量衰减大,充放电性能差
重量大,能耗高
宁德时代虽然大部分业务来源于铁锂电池,但其在三元锂电池上有长久的投入,进入时间较早,比亚迪的铁锂技术一直是国内领先但布局上落后于宁德时代。
在这个业界普遍认为铁锂电池能量密度达到上限的时刻,比亚迪起步研发较晚自然相对落后。
宁德时代因为自身的技术实力生产出了能量密度高并且性价比高的产品而迅速获得了市场的肯定,因为和宝马的合作更是提升了品牌的知名度。
随着国家补贴政策注重续航里程,三元锂电池显现出了更多的优势,宁德时代也因其更早布局在磷酸铁锂电池和三元锂电池两个技术流派均衡发展。
但比亚迪也迅速转型发展三元锂电池技术,目前进步可观。
并且比亚迪还在进行着业务调整,拆分出了单独的锂电池部门,商业模式更加开放吸引了主机厂配套,比亚迪的电池也不再是之前自给自足(因为没有及时扩充产能而产能不足不足以外销)开始开放市场,并且还因其在宁德时代没有的电机、电源管理系统等方面的技术沉淀向第三方出售方案,未来还是具有很强的竞争力的。
市场充分竞争的结果相信才是对消费者而言更加获益的,而现在市场表现也印证了这一点。
造车新势力车和家首款SUV车型理想智造ONE使用的是方壳形的NCM(镍钴锰)三元系锂电池,较之同为三元系锂电池的NCA(镍钴铝)三元锂电池虽然在能量密度上稍逊,但在安全性上却有很大提升,大大降低了使用时的安全隐患。
任何事物也有两面性,因为金属钴的资源稀缺性,成本始终居高不下。
但纵观产业总体发展趋势,特斯拉刚刚生产锂电池时候成本在200+美元/kWh,到了目前的Model 3车型时已经降到了115美元/kWh左右,未来随着产业的成熟以及量产的规模效应,相信成本可以进一步压缩,让更多的人开上更好更快的电动车。
也因为磷酸铁锂重量的问题难以在乘用车领域继续发展,但在电动客车领域可谓遍地开花,也是一种适应市场表现的结果。
而现在出现了使用硅碳用作负极材料或使用磷酸锰铁锂作正极材料,使得磷酸铁锂的能量密度持续提升。
这就可以解释为何乘用车大多数采用三元锂电池用作动力电池。
首先用于现在市售车辆的三元锂电池安全性已经能够达到足够高的标准了,并且能量密度高的特点让搭载的车型能够相对容易的控制车重的情况下保证电池容量从而确保加速足够快速,相信随着技术的进步与规模化带来的制造成本的降低,三元锂电池会有更好地发展前景。