谈及新能源汽车,也许大部分人首先想到的是“政策优惠”,“燃油消耗”,“续驶里程”等,而这些都和新能源汽车的车载动力电池息息相关。因此,小编将在下文中着重谈谈目前在新能源车上使用面比较广的磷酸铁锂电池以及三元锂电池。

磷酸铁锂电池

磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。锂离子电池的正极材料有很多种,主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。相比于铅酸电池80%左右的充放电效率,磷酸铁锂电池充放电效率大概在88%-90%之间。

自年首次揭露AxMPO4(A为碱金属,M为CoFe两者之组合:LiFeCOPO4)的橄榄石结构的锂电池正极材料之后,年德克萨斯州立大学研究团队也接着研究出了LiFePO4的可逆性地嵌入脱出锂的特性使得该材料受到了极大的重视,并引起广泛的研究和迅速的发展。与传统的锂离子二次电池正极材料,尖晶石结构的LiMn2O4和层状结构的LiCoO2相比,LiMPO4的原物料来源更广泛、价格更低廉且无环境污染。

磷酸铁锂电池基本构造

磷酸铁锂电池基本构造包括正极、负极、电解质、隔膜、正极引线、负极引线、中心端子、绝缘材料、安全阀、密封圈、PTC、电池壳等。以下简要介绍几个重要元件。

正极:正极物质以磷酸铁锂(LiFePO4)为主要原料;

负极:负极活性物质是由碳材料与粘合剂的混合物再加上有机溶剂调和制成糊状,并涂覆在铜基体上,呈薄层状分布;

隔膜板:称为隔板或称隔离膜片,其功能起到关闭或阻断通道的作用,一般使用聚乙烯或聚丙烯材料的微多孔膜,即在电池温度异常时阻塞作为离子通道的细孔,以停止充放电反应。

PTC元件:在磷酸铁锂电池盖帽内部,当内部温度或电流增大到一定阀值时,PTC就会自动拉断或断开,从而形成内部断路以保证了电池的安全使用。

磷酸铁锂电池优劣分析

优势:

1)超长寿命,长寿命铅酸电池的循环寿命在次左右,最高也就次,而磷酸铁锂动力电池的循环寿命一般达到次以上。同质量的铅酸电池是“新半年、旧半年、维护维护又半年”,最多也就1~1.5年时间,而磷酸铁锂电池在同样条件下使用,将达到7~8年。

2)安全可靠:磷酸根化学键的结合力比传统的过渡金属氧化物结构化学键强,所以结构更加稳定,并且不易释放氧气。磷酸铁锂电池在高温下的稳定性可达以上,保证了电池内在的高安全性;不会因过充、温度过高、短路、撞击而产生爆炸或燃烧。

3)充电速度快,自放电少,无记忆效应(可充电池在经常处于充满不放完的条件下工作,容量会迅速低于额定容量值,这种现象叫做记忆效应)。磷酸铁锂电池可大电流2C快速充放电,在专用充电器下,2C充电30分钟内即可使电池充满95%,起动电流可达2C。

4)耐高温:磷酸铁锂电热峰值可达℃—℃而锰酸锂和钴酸锂只在℃左右。

5)体积小,重量轻:商品设计可轻量化,体积是相同容量铅酸电池的2/3,也较镍氢电池体积小;重量是相同容量铅酸电池的1/3,镍氢电池的2/3左右;

6)环保且不需要稀有金属:磷酸铁锂电池不含任何(锂之外)重金属或者稀有金属,无毒(SGS认证通过),无污染,符合欧洲RoHS规定,为环保电池。

劣势:

1)导电性差、锂离子扩散速度慢。高倍率充放电时,实际比容量低,这也是制约磷酸铁锂产业发展的一个难点。

2)一致性问题严重。单体磷酸铁锂电池寿命目前超过次,但是制作出来的电池一致性不佳,进而影响到电池组的使用性能和整体寿命,因此应用在动力汽车上存在一定障碍。

3)电池低温性能差。磷酸铁锂材料的固有特点,决定其低温性能劣于锰酸锂等其他正极材料。一般情况下,对于单个电芯,其0℃时的容量保持率约60~70%,-10℃时为40~55%,-20℃时为20~40%。

4)制造成本较高。磷酸铁锂材料物理性能和其他锂电材料相差较大,其粒度小,振实密度小,材料的加工性能不好,涂敷量低,导致电池成本增加;同时磷酸铁锂电池单体电压在3.2V左右,比其他的锂电低20%左右,单体电池要多用20%,导致电池组成本上升较多。

因此我们可以看到国内有不少的新能源汽车(无论是纯电动还是混合电动),或者是一些比较廉价的新能源汽车,会出于不同的原因选择磷酸铁锂电池。可以说磷酸铁锂电池的使用对于新能源汽车量产以及推广有重大作用。

三元聚合物锂电池

三元聚合物锂电池:正极材料使用镍钴锰酸锂(Li(NiCoMn)O2)三元正极材料的锂电池。三元复合正极材料前驱体产品,是以镍盐、钴盐、锰盐为原料,里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整。一般指的“三元”材料即指的是正极是三元,负极是石墨的三元动力电池,而在实际应用中,还有一种正极是三元,负极是钛酸锂的三元电池。本文中所阐述的均属于第一种负极为石墨的三元动力电池。

优势:

1)叠片式软包装工艺,该结构电流集流均匀、散热性好、提升了电池倍率性能。

2)特殊的隔膜材料提高了隔膜的保液能力,减小电池内阻。以1倍率电流充放电,放电深度为DOD80%的情况下进行测试,0次循环后,容量仍能保持在85%以上。

3)电池的重量比能量为Wh/kg,比磷酸铁锂电池高30%以上,可以减轻整车重量,提高续驶里程。

4)在大电流充放电时,极化作用小,温升低,电池可持续3C充电,5C放电(瞬间10C)的高输入输出能力。

劣势:

1)三元材料锂层中阳离子的混排,对材料的首次充放电效率及循环稳定性都有影响,且pH值过高易使单体胀气;

2)目前技术还不成熟,产品造价比较高;

3)三元锂材料会在更低的~度左右发生分解,而磷酸铁锂材料是在度左右。并且三元锂材料的化学反映更加剧烈,会释放氧分子,在高温作用下电解液迅速燃烧,发生连锁应,即三元锂材料比磷酸铁锂材料安全性能较低。(注意这里提及的是材料而非成品的电池)。

正因为三元锂材料有这样的安全隐患,所以各大厂商也在努力往抑制产生事故的方向走,并根据三元锂材料容易热解的特性,各大电池厂商都在过充保护(OVP)、过放保护(UVP)、过温保护(OTP)、过流保护(OCP)等环节上下功夫,以期预防这一问题的产生。

两类电池的对比:

从上文的分析可知,电动车上两大主流的电池可以说各有千秋,下面先看看两类电池的蜘蛛网图分析:

前文对两类电池进行了一个对比,下面再回到我们的

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