鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1657次 | 2020年08月06日
從鋰離子電池分類(lèi),三分鐘了解動(dòng)力鋰電池主流技術(shù)
新能源汽車(chē)的動(dòng)力鋰電池可以分為二次電池(包括鉛酸電池,鎳鎘電池,鎳氫電池,鋰離子電池)和燃料動(dòng)力電池。
我們將其細(xì)化,從鋰離子電池的分類(lèi)入手,解析目前市場(chǎng)上動(dòng)力鋰電池的主流技術(shù)路線(xiàn)。
工作原理
首先糾正一個(gè)概念,鋰離子電池按照正負(fù)極使用的材料不同,通常分兩大類(lèi):
鋰金屬電池,也就是使用二氧化錳為正極材料,金屬鋰或其合金金屬為負(fù)極材料的電池;鋰離子電池,使用鋰合金金屬氧化物為正極材料,石墨為負(fù)極材料電池。
鋰金屬電池其性質(zhì)不夠穩(wěn)定而且不能充電,所以不屬于二次電池。關(guān)于新能源汽車(chē)來(lái)講,我們平時(shí)說(shuō)的鋰離子電池,就是指鋰離子電池。
我們來(lái)看看鋰離子電池的工作原理,如下圖:
鋰離子電池重要由正極(含鋰化合物),負(fù)極(碳素材料),電解液,隔膜四個(gè)部分組成:
電池充電時(shí),正極上鋰原子電離成鋰離子和電子(脫嵌),鋰離子經(jīng)過(guò)電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極,得到電子,被還原成鋰原子嵌入到碳層的微孔中(插入);
電池放電時(shí),嵌在負(fù)極碳層中的鋰原子,失去電子(脫插)成為鋰離子,通過(guò)電解液,又運(yùn)動(dòng)回正極(嵌入);
鋰離子電池的充放電過(guò)程,也就是鋰離子在正負(fù)極間不斷嵌入和脫嵌的過(guò)程,同時(shí)伴隨著等當(dāng)量電子的嵌入和脫嵌。鋰離子數(shù)量越多,充放電容量就越高。
分類(lèi)
因正極材料不同,鋰離子電池重要分為:磷酸鐵鋰(LFP),鎳酸鋰(LNO),錳酸鋰(LMO),鈷酸鋰(LCO),以及鎳鈷錳酸三元鋰(NCM)、鎳鈷鋁酸三元鋰(NCA),負(fù)極材料重要采用石墨碳材料。
各類(lèi)型的化學(xué)成分,結(jié)構(gòu)以及重要性能比較如下:
技術(shù)路線(xiàn)
基于上表,我們來(lái)理一理不同類(lèi)型鋰離子電池在市場(chǎng)的應(yīng)用情況。
先說(shuō)說(shuō)鈷酸鋰,作為鋰離子電池的鼻祖,當(dāng)然也可能是作為動(dòng)力鋰電池先試試水,最先用在特斯拉Roadster上,但由于其循環(huán)壽命和安全性都較低,事實(shí)證明其并不適用作為動(dòng)力鋰電池。為了彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn),特斯拉運(yùn)用了號(hào)稱(chēng)世界上最優(yōu)秀的電池管理系統(tǒng)來(lái)保證電池的穩(wěn)定性。鈷酸鋰目前在3C領(lǐng)域的市場(chǎng)份額很大。
第二是錳酸鋰離子電池,重要最先由電池公司AESC提出,這個(gè)AESC來(lái)頭可不小,是日產(chǎn)和日本電氣股份有限公司(NEC)的合資。錳酸鋰代表車(chē)型是為日產(chǎn)聆風(fēng),由于其價(jià)格低,能量密度中等,安全性也一般,具有所謂的較好綜合性能。所謂成也蕭何敗也蕭何,也是正因?yàn)檫@種不溫不火的特性,其逐步被新的技術(shù)所替代。
接著是磷酸鐵鋰,作為比亞迪的主打,其穩(wěn)定好,壽命長(zhǎng),且具有成本優(yōu)勢(shì),特別適用于要經(jīng)常充放電的插電式混合動(dòng)力汽車(chē),但其缺點(diǎn)是能量密度一般。
最后是三元鋰離子電池,作為冉冉升起的新星,能量密度可達(dá)最高,但安全性相對(duì)較差。關(guān)于續(xù)航里程有要求的純電動(dòng)汽車(chē),其前景更廣,是目前動(dòng)力鋰電池主流方向。
下圖是今年七月特斯拉公布的MODEL3,采用松下的21700型的三元(NCA)圓柱形的電池。
其實(shí),動(dòng)力鋰電池市場(chǎng)上,存在著中日韓三國(guó)巨頭的技術(shù)路線(xiàn)之爭(zhēng),它們都在招兵買(mǎi)馬,拓展疆土,搶奪山頭,上演著所謂的“三國(guó)演義”。