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磷酸鐵鋰和三元充電鋰電池之爭(zhēng)

2022-06-06 09:23:10 編輯:戚堂素 來(lái)源:
導(dǎo)讀 大家好,小科來(lái)為大家解答以上問(wèn)題。磷酸鐵鋰和三元充電鋰電池之爭(zhēng)這個(gè)很多人還不知道,現(xiàn)在讓我們一起來(lái)看看吧!1、以TSLA為代表的公司率

大家好,小科來(lái)為大家解答以上問(wèn)題。磷酸鐵鋰和三元充電鋰電池之爭(zhēng)這個(gè)很多人還不知道,現(xiàn)在讓我們一起來(lái)看看吧!

1、以TSLA為代表的公司率先采用三元鋰離子電池,續(xù)航優(yōu)勢(shì)明顯。

2、比亞迪一直是磷酸亞鐵鋰路線的代表和支持者,認(rèn)為磷酸亞鐵鋰最安全。

3、迷你四驅(qū)相信陪伴了很多90后的童年,也是從那時(shí)開始我們才知道,電池不僅僅是一次性電池,還有充電電池。

4、00: 00后,遙控車成了他們的最愛(ài),操控性和可玩性更高。

5、如今,‘蘭博基尼’和‘法拉利’已經(jīng)成為第十代汽車,使用的動(dòng)力鋰電池也從普通玩具的5號(hào)電池升級(jí)為可充電鋰離子電池。

6、可以說(shuō)電池?zé)o處不在,用途也越來(lái)越大。電池作為汽車的動(dòng)力來(lái)源,不再是兒時(shí)的幻想,越來(lái)越多的新能源汽車上路也是如此。

7、但作為汽車的動(dòng)力鋰電池,其性能直接關(guān)系到整車的續(xù)航能力和安全性。

8、電池分類

9、電池有很多種,大致可以分為化學(xué)電池、物理電池和生物電池。

10、我們?nèi)粘I钪谐R姷募~扣電池、5號(hào)電池、鋰離子電池,都是化學(xué)電池。

11、電容器是物理電池,微生物電池是生物電池。

12、化學(xué)電池用于電動(dòng)汽車,如鎳氫電池、鋰離子電池、鋰聚合物電池、燃料動(dòng)力電池等。都屬于這種類型。

13、從結(jié)構(gòu)上看,又可以進(jìn)一步分為蓄電池和燃料動(dòng)力電池兩大類。

14、當(dāng)然,這里所說(shuō)的電池并不是大家日常所說(shuō)的車載電池,而是充電電池的統(tǒng)稱,其中車輛上的鉛酸電池只是其中的一個(gè)小類。

15、目前燃料電池的應(yīng)用較少,所以不會(huì)發(fā)展。

16、六種鋰離子電池

17、鋰離子電池是現(xiàn)在電動(dòng)車乃至大部分電子產(chǎn)品中最常用的電池類型。從1970年誕生至今,已經(jīng)過(guò)去了近半個(gè)世紀(jì)。其優(yōu)點(diǎn)是能量密度高,循環(huán)壽命長(zhǎng)。

18、目前,根據(jù)不同的負(fù)極材料對(duì)鋰離子電池進(jìn)行分類很重要。由于負(fù)極材料對(duì)電池的能量密度影響很小,所以通過(guò)不斷改進(jìn)負(fù)極材料來(lái)提高電池的性能是很重要的。

19、市場(chǎng)上的電池材料最初有六種,分別是鈦酸鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸亞鐵鋰、鎳鈷錳和鎳鈷鋁。

20、鈦酸鋰是一種用作負(fù)極材料的鋰離子電池。它的能量密度很低,所以在電動(dòng)車上顯然不受歡迎。

21、而鈷酸鋰的能量密度相對(duì)較高,但壽命和耐高溫性較差,多用于手機(jī)等數(shù)碼設(shè)備。

22、錳酸鋰成本低,穩(wěn)定性好,但能量密度也比較低。

23、因此,從能量密度和安全性的綜合角度來(lái)看,綜合性能更好的磷酸鐵鋰離子電池和三元鋰離子電池成為電動(dòng)汽車動(dòng)力鋰電池的主流,但其自身特性存在顯著差異。

24、電池能量密度

25、三元磷酸亞鐵鋰鋰

26、評(píng)價(jià)電池性能最關(guān)鍵的指標(biāo)是電池能量密度。電池能量密度的概念和其他物質(zhì)一樣,簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是單位重量或單位體積的電池所含的電能。

27、比如兩塊同樣大小和重量的礦石,一塊雜質(zhì)多,一塊含量高,顯然價(jià)值更高。

28、電池的能量密度與礦石的含量相同。在體積或重量相同的情況下,能量密度越高,供給的電能越多,電池壽命也就越長(zhǎng)。增加電池的能量密度等于增加電池壽命。

29、磷酸鐵鋰電池(LFp)是以磷酸亞鐵鋰為正極材料的鋰離子電池,而三元鋰離子電池是以鎳、鈷為正極材料,以錳鹽或鋁鹽穩(wěn)定化學(xué)結(jié)構(gòu)的鋰離子電池。重要的是NCM(鎳-鈷-錳)和NCA(鎳-鈷-鋁)。

30、由于化學(xué)特性,磷酸鐵鋰離子電池的電壓平臺(tái)較低

31、也就是說(shuō),在相同電池重量下,三元鋰的能量密度是磷酸鐵鋰材料能量密度的1.7倍。

毫無(wú)疑問(wèn),在能量密度上三元鋰離子電池優(yōu)勢(shì)明顯,不過(guò)不同"配方"的三元鋰離子電池它的能量密度也會(huì)有差異(鎳、鈷、錳/鋁三者不同比例)。

TSLA使用的21700NCA三元鋰離子電池電芯的能量密度高達(dá)260Wh/kg,是目前的量產(chǎn)電動(dòng)汽車?yán)镒罡叩?,它的鎳鈷鋁比例為8:1.5:0.5,屬于"高鎳電池"。

在NCM電池中,按照鎳鈷錳三者含量的不同,可分為NCM111、NCM523、NCM622、NCM811(數(shù)字代表鎳鈷錳的比例)。

按照目前的對(duì)電池續(xù)航里程的要求,高鎳的NCM811是重點(diǎn)突破方向。

36、因?yàn)殡S著鎳元素含量的升高,三元正極材料的比容量逐漸升高,電芯的能量密度也會(huì)隨之提高。

但是從表格來(lái)看,兩種NCA811和NCM811中顯然前者性能更優(yōu)秀,那到底該走NCA路線,還是走NCM路線?

其實(shí)選擇不難,鎳鈷鋁電池對(duì)制作工藝要求高、成本高且技術(shù)掌握在日韓手中,另一方面容易在較高溫度的情況下導(dǎo)致熱失控。

鎳鈷錳電池的續(xù)航表現(xiàn)不如鎳鈷鋁電池,但好處是含錳三元體系熱穩(wěn)定性更佳更為安全,所以國(guó)內(nèi)重要研發(fā)鎳鈷錳電池。

安全性

磷酸鐵鋰三元鋰

磷酸鐵鋰的熱穩(wěn)定性是目前車用鋰離子電池中最好的,電熱峰值大于350℃,當(dāng)電池溫度處于500-600℃高溫時(shí),其內(nèi)部化學(xué)成分才開始分解。

三元鋰離子電池的熱穩(wěn)定性較差,300℃左右就開始分解,因此對(duì)電池管理系統(tǒng)的要求非常高,要防過(guò)溫保護(hù)裝置和電池管理系統(tǒng)來(lái)保護(hù)電池的安全。

44、所以在高溫條件,磷酸鐵鋰的安全性相對(duì)較高。

低溫性能

三元鋰磷酸鐵鋰

冬天電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程衰減已經(jīng)是司空見慣了,磷酸鐵鋰離子電池的低溫性能要劣于三元鋰離子電池。

48、磷酸鐵鋰離子電池溫度使用下限值-20℃,且低溫環(huán)境下放電性能差,在0℃時(shí)的容量保持率約60~70%,-10℃時(shí)為40~55%,-20℃時(shí)為20~40%。

49、三元鋰離子電池低溫溫度使用下限值-30℃,低溫放電性能好,和磷酸鐵鋰離子電池相同低溫條件下,冬季時(shí)里程衰減不到15%,明顯高于磷酸鐵鋰離子電池。

當(dāng)然,為了防止出現(xiàn)明顯的里程衰減現(xiàn)象,大多數(shù)車輛現(xiàn)在都有相應(yīng)的熱管理來(lái)保證電動(dòng)汽車冬季性能。

壽命

磷酸鐵鋰三元鋰

電池壽命就是電池在多次完全充放電后的電量衰減,一般電動(dòng)汽車電池充滿后衰減到原有80%電量就代表電池該換了。

磷酸鐵鋰離子電池的完全充放電循環(huán)次數(shù)大于3500次后電量才會(huì)衰減到原有的80%。

55、也就是說(shuō)假如每天充放電一次,磷酸鐵鋰離子電池也要將近10年才出現(xiàn)明顯衰減現(xiàn)象。

而三元鋰離子電池比磷酸鐵鋰離子電池壽命短一些,完全充放電循環(huán)大于2000次會(huì)開始出現(xiàn)衰減現(xiàn)象,也就是大概在6年的時(shí)間,當(dāng)然通過(guò)電池管理和車輛電控系統(tǒng)也可以稍微延長(zhǎng)一點(diǎn)電池壽命,但是也只能是稍加延緩。

當(dāng)然,電動(dòng)汽車電池是由多個(gè)單體電池串并而成,其工作狀態(tài)類似木桶效應(yīng),一只木桶能盛多少水,并不取決于最長(zhǎng)的那塊木板,而是取決于最短的那塊木板。

58、電池組類似,只有在電池性能高度一致時(shí),壽命發(fā)揮才能接近單體電池的水平。

成本

三元鋰磷酸鐵鋰

在電池成本上,磷酸鐵鋰離子電池也有巨大優(yōu)勢(shì),它沒(méi)有貴重金屬(鎳鈷金屬元素),所以在生產(chǎn)成本上較低。

三元鋰離子電池使用了鎳鈷錳多種材料,并且高鎳電池的生產(chǎn)要比較嚴(yán)格的工藝環(huán)境,目前成本比較高。

并且經(jīng)過(guò)這幾年的開發(fā),作為關(guān)鍵材料鋰、鈷等金屬資源開始吃緊,尤其是金屬鈷,它的價(jià)格一路飛漲,報(bào)價(jià)在20萬(wàn)元/噸以上。

64、而一噸電解鎳的價(jià)格,目前也就11萬(wàn)出頭。

65、所以也倒逼著電池公司往811路線,提升鎳的含量,降低鈷的含量,也能帶來(lái)成本的降低。

鎳氫電池

鎳氫電池是目前除鋰離子電池外另一種主流電動(dòng)汽車動(dòng)力鋰電池,重要在上世紀(jì)90年代后逐漸發(fā)展開來(lái),以豐田為代表的很多混合動(dòng)力汽車都是采用這種電池,不過(guò)近年來(lái)它們也逐漸換用三元鋰離子電池了。

鎳氫電池的能量密度約為70-100Wh/kg,電池單體電壓僅為1.2V,是鋰離子電池的1/3,因此在需求電壓一定的情況下,它的電池組體積會(huì)大一點(diǎn)。

另外相比鋰離子電池,鎳氫電池要更重視電池的充放電管理。

70、這是因?yàn)殒嚉潆姵鼐哂?記憶效應(yīng)",電池在循環(huán)充放電過(guò)程中容量會(huì)出現(xiàn)衰減,過(guò)度充電或放電,都會(huì)加劇電池的容量損耗。

所以鎳氫電池的充放電區(qū)間會(huì)控制在總?cè)萘康囊欢ò俜直确秶乐惯^(guò)度充放電來(lái)降低容量衰減速度。

三元鋰和磷酸鐵鋰之爭(zhēng)

從電池能量密度、低溫性能、安全性、使用壽命以及成本來(lái)看,磷酸鐵鋰離子電池和三元鋰離子電池是各有優(yōu)勢(shì),有點(diǎn)難分難解,也導(dǎo)致動(dòng)力鋰離子電池正極材料技術(shù)路線出現(xiàn)分化。

以TSLA為代表的公司最早采用三元鋰離子電池,續(xù)航優(yōu)勢(shì)明顯。

75、而比亞迪一直是磷酸鐵鋰路線的代表者和堅(jiān)持者,認(rèn)為磷酸鐵鋰安全性最好。

76、不過(guò)隨著比亞迪從磷酸鐵鋰離子電池轉(zhuǎn)變?yōu)槿囯x子電池來(lái)看,顯然這兩種電池路線的爭(zhēng)論也已經(jīng)落下了帷幕。

但是注意,乘用車采用三元鋰離子電池并不代表磷酸鐵鋰離子電池就此淘汰,套用李想的一句話就是,磷酸鐵鋰屬于大巴,三元鋰電屬于乘用車,固態(tài)電池屬于未來(lái)。

78、審核

本文到此結(jié)束,希望對(duì)大家有所幫助。


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