磷酸鐵鋰電池與三元鋰電池
日期：2024-11-25 07:52:45 作者：宏力精密鋼管 閱讀數(shù)：462三元聚合物鋰電池的確有著更優(yōu)于磷酸鐵鋰電池的特質(zhì)，然而為什么它的發(fā)展卻受到了阻礙呢?新能源汽車的發(fā)展關(guān)鍵，同樣是困擾著移動(dòng)數(shù)碼產(chǎn)品的關(guān)鍵——電池的發(fā)展。
磷酸鐵鋰電池：是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。其特色是不含鈷等貴重元素，原料價(jià)格低且磷、鐵存在于地球的資源含量豐富，不會(huì)有供料問題。其工作電壓適中(3.2V)、單位重量下電容量大(170mAh/g)、高放電功率、可快速充電且循環(huán)壽命長(zhǎng)，在高溫與高熱環(huán)境下的穩(wěn)定性高。
優(yōu)點(diǎn)相比目前市面上較為常見的鈷酸鋰和錳酸鋰電池來(lái)說，磷酸鐵鋰電池至少具有以下五大優(yōu)點(diǎn)：更高的安全性、更長(zhǎng)的使用壽命、不含任何重金屬和稀有金屬(原材料成本低)、支持快速充電、工作溫度范圍廣。
缺點(diǎn)磷酸鐵鋰存在一些性能上的缺陷，如振實(shí)密度與壓實(shí)密度很低，導(dǎo)致鋰離子電池的能量密度較低;材料的制備成本與電池的制造成本較高，電池成品率低，一致性差;產(chǎn)品一致性差;知識(shí)產(chǎn)權(quán)問題。
三元聚合物鋰電池：正極材料使用鎳鈷錳酸鋰(Li(NiCoMn)O2)三元正極材料的鋰電池。據(jù)清華大學(xué)歐陽(yáng)明高解釋：本次調(diào)查中所稱的"三元"材料，指的是正極是三元，負(fù)極是石墨的通常說法中的"三元?jiǎng)恿﹄姵?。而在實(shí)際研發(fā)應(yīng)用中，還有一種正極是三元，負(fù)極是鈦酸鋰的，通常被稱為"鈦酸鋰"，其性能比較安全，壽命比較長(zhǎng)，不屬于普通所說的"三元材料。"
優(yōu)點(diǎn)三元鋰電池能量密度高，循環(huán)性能好于正常鈷酸鋰。目前，隨著配方的不斷改進(jìn)和結(jié)構(gòu)完善，電池的標(biāo)稱電壓已達(dá)到3.7V，在容量上已經(jīng)達(dá)到或超過鈷酸鋰電池水平。
缺點(diǎn)三元材料動(dòng)力鋰電池主要有鎳鈷鋁酸鋰電池、鎳鈷錳酸鋰電池等，由于鎳鈷鋁的高溫結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，導(dǎo)致高溫安全性差，且pH 值過高易使單體脹氣，進(jìn)而引發(fā)危險(xiǎn)，目前造價(jià)較高。
說到要買新能源汽車，可能大部分的消費(fèi)者第一時(shí)間想起的是“政策優(yōu)惠”，雖然這有點(diǎn)尷尬但確實(shí)是相當(dāng)實(shí)在的原因。在國(guó)內(nèi)的銷售環(huán)境中，新能源汽車要打開局面，可不僅僅是因?yàn)椤碍h(huán)保”這樣的任重道遠(yuǎn)的使命感。新能源車在售價(jià)和養(yǎng)護(hù)成本上的優(yōu)勢(shì)的確吸引了大部分現(xiàn)階段仍然以用車成本為主的消費(fèi)者的喜愛。
然而可能某些消費(fèi)者的腳步會(huì)因?yàn)槟承┰驎簳r(shí)停下對(duì)新能源車的好奇，這是因?yàn)槎嗌俣紩?huì)被新能源車各種自燃的事件心有余悸。而這也正是筆者今天為什么要寫這篇文章的原因。須知道不了解新能源車的根本--能源模塊的優(yōu)劣，而且不了解使用過程中需要注意的事項(xiàng)的話，其實(shí)和買一顆定時(shí)炸彈放在身邊并沒有什么不同。
磷酸鐵鋰電池：業(yè)已成熟卻還不夠
磷酸鐵鋰電極材料是目前最安全的鋰離子電池正極材料，加上其循環(huán)壽命達(dá)到2000次以上，標(biāo)準(zhǔn)充電(5小時(shí)率)使用，可達(dá)到2000次的循環(huán)性特點(diǎn)，再加上由于產(chǎn)業(yè)成熟而帶來(lái)的價(jià)技術(shù)門檻和技術(shù)的下降，使得很多廠商出于各種因素考慮都會(huì)采用磷酸鐵鋰電池。可以說新能源汽車的興起，和磷酸鐵鋰電池有著不可或分的關(guān)系。
不過，磷酸鐵鋰電池有一個(gè)致命性的缺點(diǎn)，那就是低溫性能較差，即使將其納米化和碳包覆也沒有解決這一問題。研究表明，一塊容量為3500mAh的電池，如果在-10℃的環(huán)境中工作，經(jīng)過不到100次的充放電循環(huán)，電量將急劇衰減至500mAh，基本就報(bào)廢了。這對(duì)于我國(guó)幅員遼闊，冬天低氣溫的確較多的綜合國(guó)情來(lái)說，的確不是一件好事。
此外，材料的制備成本與電池的制造成本較高，電池成品率低，一致性差，這也是導(dǎo)致很多純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航能力并不能達(dá)到標(biāo)稱值的重要原因。因此，我們可以看到國(guó)內(nèi)有不少的新能源汽車(無(wú)論是純電動(dòng)還是混合電動(dòng))，或者是一些比較廉價(jià)的新能源汽車，會(huì)出于不同的原因選擇磷酸鐵鋰電池。可以說，磷酸鐵鋰電池的使用，對(duì)于新能源汽車量產(chǎn)落地以及推廣，都有著不可磨滅的奠基作用。
對(duì)比之下，三元聚合物鋰電池的確有著更優(yōu)于磷酸鐵鋰電池的特質(zhì)，然而為什么它的發(fā)展卻受到了阻礙呢?
三元聚合物鋰電池：不安分的未來(lái)
三元聚合物鋰電池是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰(Li(NiCoMn)O2)三元正極材料的鋰電池，三元復(fù)合正極材料前驅(qū)體產(chǎn)品，是以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料，里面鎳鈷錳的比例可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整。三元鋰電池能量密度更大，但安全性經(jīng)常受到懷疑。
之所以會(huì)有這樣的原因是即便這兩種材料都會(huì)在到達(dá)一定溫度時(shí)發(fā)生分解，三元鋰材料會(huì)在更低的200度左右發(fā)生分解，而磷酸鐵鋰材料是在800度左右。并且三元鋰材料的化學(xué)反映更加劇烈，會(huì)釋放氧分子，在高溫作用下電解液迅速燃燒，發(fā)生連鎖反應(yīng)。說簡(jiǎn)單點(diǎn)，就是三元鋰材料比磷酸鐵鋰材料更容易著火。不過需要注意的是，我們提到的是材料，而不是已經(jīng)成為成品的電池。
正因?yàn)槿嚥牧嫌羞@樣的安全隱患，所以廠商也在努力往抑制產(chǎn)生事故的方向走。根據(jù)三元鋰材料容易熱解的特性，廠商在過充保護(hù)(OVP)、過放保護(hù)(UVP)、過溫保護(hù)(OTP)、過流保護(hù)(OCP)這幾個(gè)環(huán)節(jié)上都會(huì)下不少的功夫。所以自燃事件更多是應(yīng)該考量廠商在這幾個(gè)環(huán)節(jié)的功能是否落實(shí)到位，而不是簡(jiǎn)單的因噎廢食。
那么這兩種電池現(xiàn)在的使用情況又是怎么樣的呢?讓我們來(lái)關(guān)注一組數(shù)據(jù)。去年11月，磷酸鐵鋰電池的電動(dòng)大巴裝機(jī)量占到了64.9%，三元鋰電池裝機(jī)量只有27.6%。相反，在純電動(dòng)乘用車市場(chǎng)，三元鋰電池在去年11月的裝機(jī)量超過76%。
可以看出，三元鋰電池自身能量密度更大的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)該是要作為未來(lái)汽車新能源存儲(chǔ)設(shè)備而生的。而現(xiàn)在發(fā)生相關(guān)的安全事件，在新能源汽車的普及仍然處于初級(jí)階段的時(shí)候，可以稱得上是一件好事。很多新能源汽車相關(guān)企業(yè)為了能夠完成搶占市場(chǎng)和獲得政策支持的雙重目標(biāo)，放寬技術(shù)要求，大量生產(chǎn)經(jīng)不起長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)使用的能源組件。汽車工作的環(huán)境是嚴(yán)苛的，長(zhǎng)時(shí)間使用這些零部件，發(fā)生安全事故的原因難免大大增高。
因此我們可以認(rèn)為在中國(guó)電動(dòng)車百人會(huì)上工業(yè)和信息化部裝備司司長(zhǎng)張相木發(fā)表要對(duì)三元鋰電池客車的安全性能進(jìn)行評(píng)估，是國(guó)家有關(guān)部門有意從政策層面上進(jìn)行一次標(biāo)準(zhǔn)的界定，以促進(jìn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生。無(wú)論是對(duì)于消費(fèi)者還是廠商，在未來(lái)都有著相當(dāng)積極的意義。因此沒有必要因?yàn)樵诰W(wǎng)上片面地看到三元鋰電池的安全事故消息就裹足不前，材料都是會(huì)有危險(xiǎn)的，關(guān)鍵在于如何牢牢地控制。
不同類型新能源車的電池：統(tǒng)一要求
說完了電池的情況，筆者認(rèn)為對(duì)于新能源汽車的情況，還需要和大家簡(jiǎn)單介紹一下電池在車輛中的作用。畢竟購(gòu)買純電動(dòng)汽車的消費(fèi)者仍然占少數(shù)，更多朋友所關(guān)注的是混合動(dòng)力汽車。而混合動(dòng)力汽車嚴(yán)格來(lái)說可以分成三種：普通混合動(dòng)力汽車，插電式混合動(dòng)力汽車和增程式混合動(dòng)力汽車。
上面三種汽車中電池容量的排列從小到大恰好是普通混合動(dòng)力汽車<插電式混合動(dòng)力汽車≤增程式混合動(dòng)力汽車。普通混合動(dòng)力汽車的電池不可充電，電池用于啟動(dòng)和急加速狀態(tài);插電式混合動(dòng)力汽車的電池在普通混合動(dòng)力汽車電池的基礎(chǔ)上增大容量且可充電，具備更加出色的加速能力和省油能力;而增程式混合動(dòng)力汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)電，更傾向于純電動(dòng)汽車。
這三種混合動(dòng)力汽車模式各有利弊，在現(xiàn)階段的主力也是以普通混合動(dòng)力和插電式混合動(dòng)力為主。正是因?yàn)槿N混合動(dòng)力汽車的特質(zhì)均有對(duì)于電池壽命和工作環(huán)境的共同點(diǎn)，因此無(wú)論是購(gòu)買采用何種模式的混合動(dòng)力汽車，消費(fèi)者都要留意相關(guān)的參數(shù)，如電池材質(zhì)、使用環(huán)境和最佳工作狀態(tài)等。與此同時(shí)，廠商也應(yīng)該在設(shè)計(jì)過程中嚴(yán)格把控電池質(zhì)量和相關(guān)安全設(shè)置，確保使用的安全高效。