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為什么說(shuō)三元鋰電池更適合家用電動(dòng)汽車?

鉅大鋰電  |  點(diǎn)擊量:0  |  2019年12月07日  

目前在新能源汽車上有兩個(gè)主流的電池技術(shù)路線,磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池,雖然這兩種電池在眾多應(yīng)用領(lǐng)域展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng),但是以在新能源汽車領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)為主線,因?yàn)檫@是國(guó)內(nèi)最大的鋰電池應(yīng)用場(chǎng)景,既然要競(jìng)爭(zhēng),必然有比較,電池性價(jià)比的比較通過(guò)車的價(jià)格就可以進(jìn)行了,而從性能上比較三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池哪個(gè)好,就要通過(guò)設(shè)置條件,得出兩種電池的實(shí)際參數(shù)來(lái)說(shuō)明了。根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)室、新能源汽車廠家、動(dòng)力電池生產(chǎn)廠家的實(shí)驗(yàn),雖然每家的測(cè)試不免存在具體參數(shù)上的細(xì)微差別,但對(duì)于兩種電池性能優(yōu)劣性的判斷趨于一致。為此,我們?nèi)〈硇缘膮?shù)來(lái)進(jìn)行比較。


1.客車選比亞迪、轎車選特斯拉。這說(shuō)的是二者體積上的差別。從目前的技術(shù)來(lái)看,三元鋰電池的能量密度普遍在200Wh/kg,未來(lái)可能達(dá)到300Wh/kg;而磷酸鐵鋰電池目前基本上徘徊在100~110Wh/kg,個(gè)別的可以達(dá)到130~150Wh/kg,但要突破200Wh/kg難度很大。因此,三元材料動(dòng)力電池可以比磷酸鐵鋰提供多出一倍的空間來(lái),這一點(diǎn)對(duì)于空間有限的轎車很重要。特斯拉生產(chǎn)三元鋰電池,比亞迪生產(chǎn)磷酸鐵鋰電池,故有客車選比亞迪,轎車選特斯拉之說(shuō)。


2.同樣因?yàn)槟芰棵芏却?,重量也小很多,重量輕和占用空間小決定了三元鋰電池新能源汽車耗電更少,因而速度更快,續(xù)航能力更強(qiáng)。所以,轎車選用三元鋰電池可以跑的更遠(yuǎn),而磷酸鐵鋰新能源汽車目前基本上還是用于城市大巴,因?yàn)橐淮卫m(xù)航不遠(yuǎn),需要在不長(zhǎng)的距離內(nèi)有充電樁可以充電。


3.當(dāng)然,客運(yùn)大巴采用磷酸鐵鋰電池更核心的則是基于安全上的考慮。特斯拉轎車起火事故不止一起了,原因在于:特斯拉的電池組由7000塊左右的18650三元鋰電池組成,這些單位的電池或者整個(gè)電池組如有內(nèi)部短路會(huì)產(chǎn)生明火,遇到極端的碰撞事故,短路引致起火。而磷酸鐵鋰的材料遇到短路則不會(huì)燃燒,耐高溫性能比三元鋰電池優(yōu)越的多。


4.磷酸鐵鋰電池雖然耐高溫,但三元鋰電池耐低溫性能更好,是制造低溫鋰電池的主要技術(shù)路線,在零下20°C時(shí),三元鋰電池能夠釋放70.14%的容量,而磷酸鐵鋰電池只能釋放54.94%的容量,且由于在低溫條件下,三元鋰電池的放電平臺(tái)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于磷酸鐵鋰電池電壓平臺(tái)啟動(dòng)也更快。


5.充電效率,三元鋰電池更高。鋰電池充電是采用限流限壓法,即在第一階段做恒流充電,此時(shí)電流大,效率高。恒流充電達(dá)到一定電壓后,進(jìn)入第二階段恒壓充電,此時(shí),電流小,效率低。因此,衡量二者充電效率就用恒流充電電量與電池總?cè)萘康谋戎?,稱為恒流比。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,10C以下條件充電時(shí)二者區(qū)別不大,但10C以上會(huì)拉開(kāi)距離,在20C充電時(shí),三元鋰電池的恒流比是52.75%,磷酸鐵鋰電池的恒流比是10.08%,前者是后者的5倍。


6.循環(huán)壽命方面,磷酸鐵鋰電池要優(yōu)于三元鋰電池,三元鋰電池的理論壽命是2000次,但基本上到1000次循環(huán)時(shí),容量衰減到60%;就算業(yè)界最優(yōu)秀品牌特斯拉,經(jīng)過(guò)3000次也只能保持70%的電量,而磷酸鐵鋰電池經(jīng)過(guò)相同循環(huán)周期,還有80%的容量。


上述六個(gè)方面的比較大致可以得出二者的相對(duì)優(yōu)勢(shì)有助于回答三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池哪個(gè)好的問(wèn)題:磷酸鐵鋰電池安全、壽命長(zhǎng)、耐高溫;三元鋰電池重量輕、充電效率高、耐低溫,二者因此差異產(chǎn)生的因時(shí)因地的各自適應(yīng)性是雙雄并存的原因所在。


盡管國(guó)內(nèi)對(duì)新能源汽車的補(bǔ)貼政策已經(jīng)開(kāi)始退坡,但逐漸豐富的基礎(chǔ)設(shè)施和愈發(fā)豐富的可選車型也讓消費(fèi)者們開(kāi)始接受新能源汽車的普及。除了作為限購(gòu)地區(qū)無(wú)法購(gòu)買燃油汽車的替代解決方案之外,新能源汽車也有許多得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。安靜的駕駛環(huán)境、清潔的能源類型和低廉的用車成本,甚至包括起步時(shí)瞬間輸出的超大扭矩,都能讓身邊不少開(kāi)燃油汽車的朋友羨慕不已。


而作為電動(dòng)汽車動(dòng)力之源的電池,自然是最為重要的零部件之一。電動(dòng)汽車的續(xù)航、充放電等一切使用也都與電池的性能有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。目前國(guó)內(nèi)的動(dòng)力電池主要分為兩個(gè)派系,根據(jù)正極材料的不同分為磷酸鐵鋰派和三元材料派。雖然兩者均屬于二次電池,都可以反復(fù)進(jìn)行充放電使用,但由于材料的差異,在最終反映到使用層面的性能還是有比較大的差別。


三元鋰電池還是磷酸鐵鋰電池?


要想搞清楚究竟哪種電池更好,我們應(yīng)該先對(duì)這兩者的區(qū)別有一個(gè)簡(jiǎn)單的了解。


所謂磷酸鐵鋰電池,就是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。這一類電池的特點(diǎn)是不含貴重金屬元素(比如鈷等)。由于不含有貴重金屬材料,磷酸鐵鋰電池的原材料成本就可以被壓縮的非常低廉。在實(shí)際使用中,磷酸鐵鋰電池具有耐高溫,安全穩(wěn)定性強(qiáng),價(jià)格便宜,循環(huán)性能更好的優(yōu)勢(shì)。


而三元鋰電池是指使用鎳鈷錳酸鋰做為正極材料,石墨作為負(fù)極材料的鋰電池。與磷酸鐵鋰不同,三元鋰電池電壓平臺(tái)很高,這也就意味著在相同的體積或是重量下,三元鋰電池的比能量、比功率更大。除此之外,在大倍率充電、和耐低溫性能等方面,三元鋰電池也有很大的優(yōu)勢(shì)。


筆者一直認(rèn)為,技術(shù)并沒(méi)有好壞或是優(yōu)劣之分,只是適用于不同的產(chǎn)品或是環(huán)境。單論電池,也沒(méi)有所謂的誰(shuí)更好誰(shuí)更差。只是套用到實(shí)際使用場(chǎng)景中,三元鋰電池相比磷酸鐵鋰電池,更加適應(yīng)現(xiàn)在以及未來(lái)的家用電動(dòng)汽車。


為什么三元鋰電池更適合家用電動(dòng)汽車?


一、低溫放電性能更好


我國(guó)幅員遼闊,氣候復(fù)雜,從最北端的東北三省到最南端的海南諸島溫度變化非常豐富。以北京為例,作為電動(dòng)汽車的主力市場(chǎng),北京夏季最高溫度在40℃左右,而冬季則基本保持在零下16℃左右,甚至更低。這樣的溫度區(qū)間顯然適合低溫性能更佳的三元鋰電池。而注重耐高溫性能的磷酸鐵鋰電池在北京的冬季會(huì)顯得有些乏力。


相對(duì)25℃容量是指不同溫度條件下放電容量與25℃時(shí)放電容量的比值。該數(shù)值能夠準(zhǔn)確反映出電池在不同溫度條件下續(xù)航的衰減,越接近100%,電池表現(xiàn)越好。


從上圖中能夠看出,以25℃為基準(zhǔn)常溫,兩類電池在55℃高溫下放電與常溫25℃下放電,放電容量幾乎沒(méi)有差別。但在零下20℃時(shí),三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池相比有比較明顯的優(yōu)勢(shì)。


二、能量密度更高


根據(jù)國(guó)內(nèi)三元材料18650圓柱電池龍頭企業(yè)比克電池提供的資料,其18650電池的能量密度已經(jīng)達(dá)到了232Wh/kg,后續(xù)將會(huì)進(jìn)一步提高至293Wh/kg。而相比之下,目前國(guó)內(nèi)主流的磷酸鐵鋰電池能量密度也僅達(dá)到150Wh/kg左右,據(jù)國(guó)內(nèi)電池行業(yè)專家剖析,未來(lái)幾年之內(nèi),磷酸鐵鋰電池的能量密度能夠達(dá)到300Wh/kg的希望非常渺茫。


不同于體積龐大的電動(dòng)巴士,對(duì)于家用電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō),空間永遠(yuǎn)是第一位的。能量密度較低的磷酸鐵鋰電池將會(huì)占據(jù)原本就不多的汽車空間,并且由于更重的質(zhì)量,在使用時(shí)的放電續(xù)航也會(huì)受到比較大的影響。相對(duì)而言能量密度較高的三元鋰電池在解決重量問(wèn)題的同時(shí)也為家庭用車節(jié)省出了空間。


三、充電效率更高


除了續(xù)航之外,充電也是電動(dòng)汽車在實(shí)際使用中的重要環(huán)節(jié),而三元鋰電池在充電效率方面較磷酸鐵鋰電池有著非常大的優(yōu)勢(shì)。


目前市面上較為常見(jiàn)的充電方式為恒流恒壓式充電。一般在充電開(kāi)始時(shí)先采用恒流充電,此時(shí)的電流較大,充電效率相對(duì)更高。而在電壓達(dá)到一定數(shù)值之后,降低電流改為恒壓充電,這樣可以讓電池充的比較滿一些。在這個(gè)過(guò)程中,恒流充電容量與電池總?cè)萘康谋戎?,稱為恒流比。它是衡量一組電池在充電過(guò)程中充電效率的關(guān)鍵數(shù)值。通常百分比越大說(shuō)明在恒流階段充入的電量越高,也就證明該電池的充電效率更高。


從表中可以看出,三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池在10C以下充電時(shí),恒流比無(wú)明顯差距,10C以上倍率充電時(shí),磷酸鐵鋰電池恒流比例迅速降低,充電效率迅速降低。


四、循環(huán)壽命可以放心


對(duì)于家庭用車來(lái)說(shuō),三元材料和磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的額定循環(huán)壽命都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了實(shí)際用戶的使用習(xí)慣,因此在使用壽命上可以完全放心。以比克電池目前的高容量18650電池為例,在充放電循環(huán)1000次之后,電池容量依然能夠保持在最初的90%以上。由于筆者本身也是電動(dòng)汽車車主,全年僅有冬季最冷的1個(gè)多月,頻繁開(kāi)暖風(fēng)的時(shí)候才能達(dá)到2天一充電,其余時(shí)間基本3-4天一充。假設(shè)全年平均3天一充電來(lái)計(jì)算,使用1年需要充大約6次電,循環(huán)壽命1000次使用完畢大約需要8年時(shí)間,這也基本超過(guò)了目前我國(guó)消費(fèi)者平均的換車周期。


五、足夠安全的材料和工藝


傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車中危害最大的部分是蘊(yùn)含巨大能量的燃料,像汽油這樣燃點(diǎn)低易爆炸的液態(tài)燃料一旦泄露就非常容易造成極大的安全隱患。而新能源汽車的動(dòng)力電池,經(jīng)過(guò)完善的電池管理系統(tǒng)(BMS)監(jiān)控,每一顆電池都能得到最準(zhǔn)確的控制,預(yù)防事故的產(chǎn)生。


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