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动力电池竟然还有区别?三元锂是大趋势

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动力电池竟然还有区别?三元锂是大趋势

图片来自“东方IC”

新能源汽车最核心的技术即为提供能量的电池,续航能力和充电速度则是电池技术发展到今天的瓶颈所在。经过多年发展,锂电池的目前的类型有锰酸锂、磷酸铁锂、钛酸锂、钴酸锂、三元材料等,因能量性能和稀有金属成本的原因,锰酸锂、钛酸锂和钴酸锂电池逐渐变为小众选择,而磷酸铁锂和三元锂电池则得到更广泛的推广应用。但是这两者有什么区别呢?您的车是那种电池呢?

三元锂电池

三元锂电池全称是“三元材料电池”,一般是指采用镍钴锰酸锂(Li(NiCoMn)O2,NCM)或镍钴铝酸锂(NCA)三元正极材料的锂电池,把镍盐、钴盐、锰盐作为三种不同的成分比例进行不同的调整,所以称之为“三元”,包含了许多不同比例类型的电池。从形状上来区分,可分为软包电池、圆柱电池和方形硬壳电池。其标称电压可达到3.6-3.8V,能量密度比较高,电压平台高,振实密度高,续航里程长,输出功率较大,高温稳定性差,但低温性能优异,造价也比较高。

磷酸铁锂电池

磷酸铁锂电池则是采用磷酸铁锂(LiFePO4)作为正极材料,用铁来做电池原料一来成本低廉,二不含重金属,对环境污染较小,工作电压为3.2V。磷酸铁锂晶体中的P-O键稳固,因此在零电压存放时并不会有泄漏,高温条件下或过充时安全性非常高,可快速充电,高放电功率,无记忆效应,循环寿命高,缺点为低温性能差,正极材料振实密度小,能量密度较低,产品的成品率和一致性也饱受质疑。

这两类电池各有所长

高温条件下,三元锂电池的三元材料会在200℃时发生分解,产生剧烈的化学反应,释放出氧原子,并在高温作用下极易发生燃烧或爆炸的现象,因此基于安全的考虑,我国工信部在2016年1月,通过特殊发文规定将三元锂电池的使用暂时限制在纯电动客车之外。而磷酸锂电池的分解温度在800℃,更不容易着火,安全性相对较高。

低温条件下(气温低于-10℃以下),磷酸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了;而三元锂电池的低温性能优异,在-30℃条件下可保持正常电池容量,更适应北方低温地区的使用条件。

从制造成本上来看,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,受到市场波动影响非常大,所以三元锂电池的成本必然居高不下,而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。

在实验条件下,磷酸铁锂电池循环5000次后,剩余容量为84%,1C(1C表示电池一小时完全放电时电流强度) 循环5 000次后仍能保持80%以上的初始容量;三元锂电池循环3900次后,剩余容量只剩下66%,1C循环2500次后就下降到80%初始容量。相比起来磷酸锂电池的循环寿命要远远大于三元锂电池。此外,磷酸铁锂电池能量密度为120Wh/kg,已经基本达到理论极致,而三元电池的能量密度180Wh/kg,今后还有很大的提升空间。

前景

日本松下、韩国LG化学、三星SDI等多采用三元锂电池的技术路线,比如新能源巨头特斯拉就采用了松下的镍钴铝酸锂三元锂电池,就是所谓的NCA,在Model SModel X上采用的是松下18650电池组,而最新的MODEL 3采用了更大容量的21700圆柱体电池组。

国内的新能源汽车企业在早期源于成本问题,大多采用磷酸铁锂电池作为能量来源,如比亚迪等企业则为磷酸铁锂电池的主力厂商,推出了秦、唐、宋等众多明星产品,而现如今由于国家对于续航里程等补贴标准的提升,三元锂电池市场份额在逐渐提升。

写在最后

在与磷酸铁锂电池的竞争中,三元锂电池的安全问题有待提升,这始终是盘桓在汽车企业脑海中的阴影,连特斯拉Model X这样的技术领先产品,也曾在国内外多次发生电池组起火燃烧的事故。但从长远来看,三元锂电池有着磷酸铁锂电池不可比拟的高能量密度、耐低温等特性,在新能源汽车发展的未来,三元锂电池解决掉安全和成本问题之后,将彻底取代目前磷酸铁锂的市场地位,将成为新能源市场上的大势所趋。

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