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市面上新能源車所用的電池有何不同?

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1042次  |  2020年10月09日  

電池的種類有非常多,按類型可以分為化學(xué)、物理和生物電池三種;若是按結(jié)構(gòu)來講,又可以分為蓄電池和燃料動力電池兩大類別。


從類型種類上講,現(xiàn)在新能源車上所用的電池均屬于化學(xué)電池,常見的有鉛酸、鈦酸鋰、鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳、鎳鈷鋁五種動力鋰電池


其中,能量密度更高、性能更穩(wěn)定的磷酸鐵鋰和三元鋰離子電池,是目前電池市場流通最廣的兩種電池,也是目前電動汽車應(yīng)用最廣泛的主流動力源。


因為現(xiàn)在市面上重要流通的是磷酸鐵鋰和三元鋰離子電池,所以,在接下來我們重要針對這兩種電池,解讀一下兩種電池的差別所在。


兩者電池差別在哪里?先說結(jié)果,在安全性、使用壽命和制造成本層面,磷酸鐵鋰離子電池要比三元鋰離子電池有優(yōu)勢,但在能量密度上,三元鋰離子電池要比磷酸鐵鋰離子電池略勝一籌。


能量密度:三元鋰離子電池大于磷酸鐵鋰離子電池


能量密度,是評價電池性能優(yōu)劣的一項重要指標(biāo)。一般來講,能量密度越高,單位重量或體積下電池內(nèi)含有的電能就越高,可為車輛供應(yīng)的續(xù)航里程也就越遠(yuǎn)。


多說無益,舉個例子。打個比方,兩塊同樣重量和大小的礦石,一塊含雜質(zhì)較多,一塊雜質(zhì)少提取成分含量高,那么毫無疑問含量高的會更加值錢。所以,在相同體積下,能量密度越高,存儲電能能力越強(qiáng)。


因為固有化學(xué)屬性,磷酸鐵鋰離子電池電壓低,能量密度大概在140Wh/kg左右;而三元鋰離子電池電壓高,能量密度基本在240kWh/kg。這也就是說,在相同電池重量下,三元鋰的能量密度是磷酸鐵鋰離子電池能量密度的1.7倍。


目前來說,三元鋰離子電池有NCM523、NCM622和NCM811三種,其中NCM811電池是主流應(yīng)用電池。鮮為人知的是,這三類電池命名方式均源自正極材料鎳鈷錳的比例,譬如811電池,正極材料重要是用80%鎳、10%鈷和10%錳,簡單的來說就是在之前的三元鋰離子電池基礎(chǔ)上面,將電極的材料變成了8:1:1。


值得注意的是,因為對電池續(xù)航要求的不斷上升,高鎳NCM811是電池發(fā)展重點(diǎn)突破方向。而選擇它的重要原因是:鎳元素含量的升高會促使三元(鎳鈷錳)正極材料的比容量上升,進(jìn)一步可擴(kuò)大電芯的能量密度,而電能存儲量會隨著能量密度的增大上升。


事實(shí)上,在三元鋰離子電池出現(xiàn)之前,NCA電池是新能源車動力源的主流,而經(jīng)過某機(jī)構(gòu)對NCA和NCM811電池的測試,發(fā)現(xiàn)只要使用5%鈷的NCA在性能上要比鈷含量10%的NCM811電池更占有優(yōu)勢,但因為鎳鈷鋁電池制作工藝、成本都高,而且技術(shù)掌握在日韓公司手里,所以現(xiàn)在國內(nèi)公司重要研發(fā)鎳鈷錳電池。


安全性:磷酸鐵鋰離子電池大于三元鋰離子電池


因為材料原因,磷酸鐵鋰離子電池?zé)岱€(wěn)定性是最好的,電熱峰值大于350℃,當(dāng)溫度處于500-600℃內(nèi)部化學(xué)成分才會開始分解。但其耐低溫性能較差,容量3500mAh的電池,在零下10℃環(huán)境中工作,100次充放電循環(huán)以后,電池就處于報廢狀態(tài)。


相比較之下,三元鋰離子電池材料不穩(wěn)定,經(jīng)常在200度左右就容易發(fā)生分解,并且在高溫用途下電解液會迅速燃燒,引發(fā)連鎖反應(yīng),甚至引起車輛發(fā)生自燃!所以,現(xiàn)在很多搭載三元鋰離子電池的新能源車,都要加入過溫防護(hù)和電池管理系統(tǒng)來保護(hù)電池。


不過,三元鋰離子電池的低溫性能要比磷酸鐵鋰離子電池好。在低溫狀態(tài)下,磷酸鐵鋰離子電池充放電的下限值為-20℃,而三元鋰離子電池的下限值為-30℃,低溫放電性能更好。據(jù)測試,在相同低溫條件下,三元鋰離子電池的低溫續(xù)航里程衰減不到15%。


壽命:磷酸鐵鋰離子電池大于三元鋰離子電池


電池壽命就是電池在多次完全充放電后的電量衰減,一般電動汽車電池充滿后有效電量衰減到原有80%電量以下就代表要更換電池,更換標(biāo)準(zhǔn)和手機(jī)電池是相同的。


正常來講,磷酸鐵鋰離子電池完全充放電循環(huán)次數(shù)可達(dá)3500次,之后每充放電一次,電量衰減一次,多次衰減后到原有電量的80%以下。換算成時間,每天充放電一次,磷酸鐵鋰離子電池將近10年才會開始走向衰減,更換電池。


不同于磷酸鐵鋰離子電池,三元鋰離子電池比磷酸鐵鋰壽命短一些,完全充放電循環(huán)超過2000次就會開始出現(xiàn)衰減現(xiàn)象,時間一般是6年左右。不過,通過電池管理等方法可以稍微延長一點(diǎn)電池壽命,但也僅是稍加延緩而已。


當(dāng)然,電池組的壽命并非是單體電池壽命簡單的總和。作為組合體,只有當(dāng)電池組里面的多個電池單體性能高度一致時,電池組的壽命才能發(fā)揮出接近單體電池的水平。


制造成本:三元鋰離子電池大于磷酸鐵鋰離子電池


在電池成本上,磷酸鐵鋰離子電池也有巨大優(yōu)勢,它沒有貴重金屬(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。


其次,這些年,鋰、鈷等金屬資源面對稀缺問題,尤其是金屬鈷,價格一路飛漲,報價20萬元/噸以上。而一噸電解鎳的價格,現(xiàn)在也就11萬元左右。所以,很多電池公司不得不往811發(fā)展,提升鎳含量,降低鈷含量,進(jìn)而降低成本。


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