磷酸鐵鋰和三元充電鋰電池之爭

大家好，小科來為大家解答以上問題。磷酸鐵鋰和三元充電鋰電池之爭這個很多人還不知道，現(xiàn)在讓我們一起來看看吧！

1、以TSLA為代表的公司率先采用三元鋰離子電池，續(xù)航優(yōu)勢明顯。

2、比亞迪一直是磷酸亞鐵鋰路線的代表和支持者，認為磷酸亞鐵鋰最安全。

3、迷你四驅(qū)相信陪伴了很多90后的童年，也是從那時開始我們才知道，電池不僅僅是一次性電池，還有充電電池。

4、00: 00后，遙控車成了他們的最愛，操控性和可玩性更高。

5、如今，‘蘭博基尼’和‘法拉利’已經(jīng)成為第十代汽車，使用的動力鋰電池也從普通玩具的5號電池升級為可充電鋰離子電池。

6、可以說電池?zé)o處不在，用途也越來越大。電池作為汽車的動力來源，不再是兒時的幻想，越來越多的新能源汽車上路也是如此。

7、但作為汽車的動力鋰電池，其性能直接關(guān)系到整車的續(xù)航能力和安全性。

8、電池分類

9、電池有很多種，大致可以分為化學(xué)電池、物理電池和生物電池。

10、我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷募~扣電池、5號電池、鋰離子電池，都是化學(xué)電池。

11、電容器是物理電池，微生物電池是生物電池。

12、化學(xué)電池用于電動汽車，如鎳氫電池、鋰離子電池、鋰聚合物電池、燃料動力電池等。都屬于這種類型。

13、從結(jié)構(gòu)上看，又可以進一步分為蓄電池和燃料動力電池兩大類。

14、當(dāng)然，這里所說的電池并不是大家日常所說的車載電池，而是充電電池的統(tǒng)稱，其中車輛上的鉛酸電池只是其中的一個小類。

15、目前燃料電池的應(yīng)用較少，所以不會發(fā)展。

16、六種鋰離子電池

17、鋰離子電池是現(xiàn)在電動車乃至大部分電子產(chǎn)品中最常用的電池類型。從1970年誕生至今，已經(jīng)過去了近半個世紀(jì)。其優(yōu)點是能量密度高，循環(huán)壽命長。

18、目前，根據(jù)不同的負極材料對鋰離子電池進行分類很重要。由于負極材料對電池的能量密度影響很小，所以通過不斷改進負極材料來提高電池的性能是很重要的。

19、市場上的電池材料最初有六種，分別是鈦酸鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸亞鐵鋰、鎳鈷錳和鎳鈷鋁。

20、鈦酸鋰是一種用作負極材料的鋰離子電池。它的能量密度很低，所以在電動車上顯然不受歡迎。

21、而鈷酸鋰的能量密度相對較高，但壽命和耐高溫性較差，多用于手機等數(shù)碼設(shè)備。

22、錳酸鋰成本低，穩(wěn)定性好，但能量密度也比較低。

23、因此，從能量密度和安全性的綜合角度來看，綜合性能更好的磷酸鐵鋰離子電池和三元鋰離子電池成為電動汽車動力鋰電池的主流，但其自身特性存在顯著差異。

24、電池能量密度

25、三元磷酸亞鐵鋰鋰

26、評價電池性能最關(guān)鍵的指標(biāo)是電池能量密度。電池能量密度的概念和其他物質(zhì)一樣，簡單來說就是單位重量或單位體積的電池所含的電能。

27、比如兩塊同樣大小和重量的礦石，一塊雜質(zhì)多，一塊含量高，顯然價值更高。

28、電池的能量密度與礦石的含量相同。在體積或重量相同的情況下，能量密度越高，供給的電能越多，電池壽命也就越長。增加電池的能量密度等于增加電池壽命。

29、磷酸鐵鋰電池(LFp)是以磷酸亞鐵鋰為正極材料的鋰離子電池，而三元鋰離子電池是以鎳、鈷為正極材料，以錳鹽或鋁鹽穩(wěn)定化學(xué)結(jié)構(gòu)的鋰離子電池。重要的是NCM(鎳-鈷-錳)和NCA(鎳-鈷-鋁)。

30、由于化學(xué)特性，磷酸鐵鋰離子電池的電壓平臺較低

31、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材料能量密度的1.7倍。

毫無疑問，在能量密度上三元鋰離子電池優(yōu)勢明顯，不過不同"配方"的三元鋰離子電池它的能量密度也會有差異（鎳、鈷、錳/鋁三者不同比例）。

TSLA使用的21700NCA三元鋰離子電池電芯的能量密度高達260Wh/kg，是目前的量產(chǎn)電動汽車里最高的，它的鎳鈷鋁比例為8:1.5:0.5，屬于"高鎳電池"。

在NCM電池中，按照鎳鈷錳三者含量的不同，可分為NCM111、NCM523、NCM622、NCM811（數(shù)字代表鎳鈷錳的比例）。

按照目前的對電池續(xù)航里程的要求，高鎳的NCM811是重點突破方向。

36、因為隨著鎳元素含量的升高，三元正極材料的比容量逐漸升高，電芯的能量密度也會隨之提高。

但是從表格來看，兩種NCA811和NCM811中顯然前者性能更優(yōu)秀，那到底該走NCA路線，還是走NCM路線？

其實選擇不難，鎳鈷鋁電池對制作工藝要求高、成本高且技術(shù)掌握在日韓手中，另一方面容易在較高溫度的情況下導(dǎo)致熱失控。

鎳鈷錳電池的續(xù)航表現(xiàn)不如鎳鈷鋁電池，但好處是含錳三元體系熱穩(wěn)定性更佳更為安全，所以國內(nèi)重要研發(fā)鎳鈷錳電池。

安全性

磷酸鐵鋰三元鋰

磷酸鐵鋰的熱穩(wěn)定性是目前車用鋰離子電池中最好的，電熱峰值大于350℃，當(dāng)電池溫度處于500-600℃高溫時，其內(nèi)部化學(xué)成分才開始分解。

三元鋰離子電池的熱穩(wěn)定性較差，300℃左右就開始分解，因此對電池管理系統(tǒng)的要求非常高，要防過溫保護裝置和電池管理系統(tǒng)來保護電池的安全。

44、所以在高溫條件，磷酸鐵鋰的安全性相對較高。

低溫性能

三元鋰磷酸鐵鋰

冬天電動汽車續(xù)航里程衰減已經(jīng)是司空見慣了，磷酸鐵鋰離子電池的低溫性能要劣于三元鋰離子電池。

48、磷酸鐵鋰離子電池溫度使用下限值-20℃，且低溫環(huán)境下放電性能差，在0℃時的容量保持率約60～70%，-10℃時為40～55%，-20℃時為20～40%。

49、三元鋰離子電池低溫溫度使用下限值-30℃，低溫放電性能好，和磷酸鐵鋰離子電池相同低溫條件下，冬季時里程衰減不到15%，明顯高于磷酸鐵鋰離子電池。

當(dāng)然，為了防止出現(xiàn)明顯的里程衰減現(xiàn)象，大多數(shù)車輛現(xiàn)在都有相應(yīng)的熱管理來保證電動汽車冬季性能。

壽命

磷酸鐵鋰三元鋰

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衰減到原有80%電量就代表電池該換了。

磷酸鐵鋰離子電池的完全充放電循環(huán)次數(shù)大于3500次后電量才會衰減到原有的80%。

55、也就是說假如每天充放電一次，磷酸鐵鋰離子電池也要將近10年才出現(xiàn)明顯衰減現(xiàn)象。

而三元鋰離子電池比磷酸鐵鋰離子電池壽命短一些，完全充放電循環(huán)大于2000次會開始出現(xiàn)衰減現(xiàn)象，也就是大概在6年的時間，當(dāng)然通過電池管理和車輛電控系統(tǒng)也可以稍微延長一點電池壽命，但是也只能是稍加延緩。

當(dāng)然，電動汽車電池是由多個單體電池串并而成，其工作狀態(tài)類似木桶效應(yīng)，一只木桶能盛多少水，并不取決于最長的那塊木板，而是取決于最短的那塊木板。

58、電池組類似，只有在電池性能高度一致時，壽命發(fā)揮才能接近單體電池的水平。

成本

三元鋰磷酸鐵鋰

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)要比較嚴格的工藝環(huán)境，目前成本比較高。

并且經(jīng)過這幾年的開發(fā)，作為關(guān)鍵材料鋰、鈷等金屬資源開始吃緊，尤其是金屬鈷，它的價格一路飛漲，報價在20萬元/噸以上。

64、而一噸電解鎳的價格，目前也就11萬出頭。

65、所以也倒逼著電池公司往811路線，提升鎳的含量，降低鈷的含量，也能帶來成本的降低。

鎳氫電池

鎳氫電池是目前除鋰離子電池外另一種主流電動汽車動力鋰電池，重要在上世紀(jì)90年代后逐漸發(fā)展開來，以豐田為代表的很多混合動力汽車都是采用這種電池，不過近年來它們也逐漸換用三元鋰離子電池了。

鎳氫電池的能量密度約為70-100Wh/kg，電池單體電壓僅為1.2V，是鋰離子電池的1/3，因此在需求電壓一定的情況下，它的電池組體積會大一點。

另外相比鋰離子電池，鎳氫電池要更重視電池的充放電管理。

70、這是因為鎳氫電池具有"記憶效應(yīng)"，電池在循環(huán)充放電過程中容量會出現(xiàn)衰減，過度充電或放電，都會加劇電池的容量損耗。

所以鎳氫電池的充放電區(qū)間會控制在總?cè)萘康囊欢ò俜直确秶?，防止過度充放電來降低容量衰減速度。

三元鋰和磷酸鐵鋰之爭

從電池能量密度、低溫性能、安全性、使用壽命以及成本來看，磷酸鐵鋰離子電池和三元鋰離子電池是各有優(yōu)勢，有點難分難解，也導(dǎo)致動力鋰離子電池正極材料技術(shù)路線出現(xiàn)分化。

以TSLA為代表的公司最早采用三元鋰離子電池，續(xù)航優(yōu)勢明顯。

75、而比亞迪一直是磷酸鐵鋰路線的代表者和堅持者，認為磷酸鐵鋰安全性最好。

76、不過隨著比亞迪從磷酸鐵鋰離子電池轉(zhuǎn)變?yōu)槿囯x子電池來看，顯然這兩種電池路線的爭論也已經(jīng)落下了帷幕。

但是注意，乘用車采用三元鋰離子電池并不代表磷酸鐵鋰離子電池就此淘汰，套用李想的一句話就是，磷酸鐵鋰屬于大巴，三元鋰電屬于乘用車，固態(tài)電池屬于未來。

78、審核

本文到此結(jié)束，希望對大家有所幫助。