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三元鋰電池還是磷酸鐵鋰電池哪種更好

鉅大LARGE  |  點擊量:6669次  |  2018年06月16日  

摘要
目前,在電池市場,鋰電池的應用也是越多越廣泛。鋰電池的密度高,是鉛酸電池的5倍。同時,鋰電池的壽命相比鉛酸電池也大大增長,鋰電池充放電次數在1000次,理論上能使用十年,而鉛酸電池僅能用3年,這樣,從以后的成本上就省了不少。

目前,在電池市場,鋰電池的應用也是越多越廣泛。鋰電池的密度高,是鉛酸電池的5倍。同時,鋰電池的壽命相比鉛酸電池也大大增長,鋰電池充放電次數在1000次,理論上能使用十年,而鉛酸電池僅能用3年,這樣,從以后的成本上就省了不少。鋰電池的自放電還很低,沒有記憶效應。*重要的一項就是,鋰電池無污染,符合我國提倡標準。相信不少人都用到了鋰電池,那么我們在購買鋰電池的時候,該如何確定它的容量呢?


而作為電動汽車動力之源的電池,自然是最為重要的零部件之一。電動汽車的續航、充放電等一切使用也都與電池的性能有著千絲萬縷的聯系。目前國內的動力電池主要分為兩個派系,根據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,都可以反復進行充放電使用,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,我們應該先對這兩者的區別有一個簡單的了解。


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。在實際使用中,磷酸鐵鋰電池具有耐高溫,安全穩定性強,價格便宜,循環性能更好的優勢。


而三元鋰電池是指使用鎳鈷錳酸鋰做為正極材料,石墨作為負極材料的鋰電池。與磷酸鐵鋰不同,三元鋰電池電壓平臺很高,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勢。


筆者一直認為,技術并沒有好壞或是優劣之分,只是適用于不同的產品或是環境。單論電池,也沒有所謂的誰更好誰更差。只是套用到實際使用場景中,三元鋰電池相比磷酸鐵鋰電池,更加適應現在以及未來的家用電動汽車。


為什么三元鋰電池更適合家用電動汽車?


一、低溫放電性能更好


我國幅員遼闊,氣候復雜,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,作為電動汽車的主力市場,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顯得有些乏力。


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“相對25℃容量”是指不同溫度條件下放電容量與25℃時放電容量的比值。該數值能夠準確反映出電池在不同溫度條件下續航的衰減,越接近100%,電池表現越好。


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


二、能量密度更高


根據國內三元材料18650圓柱電池龍頭企業——比克電池提供的資料,其18650電池的能量密度已經達到了232Wh/kg,后續將會進一步提高至293Wh/kg。而相比之下,目前國內主流的磷酸鐵鋰電池能量密度也僅達到150Wh/kg左右,據國內電池行業專家剖析,未來幾年之內,磷酸鐵鋰電池的能量密度能夠達到300Wh/kg的希望非常渺茫。


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不同于體積龐大的電動巴士,對于家用電動汽車來說,空間永遠是第一位的。能量密度較低的磷酸鐵鋰電池將會占據原本就不多的汽車空間,并且由于更重的質量,在使用時的放電續航也會受到比較大的影響。相對而言能量密度較高的三元鋰電池在解決重量問題的同時也為家庭用車節省出了空間。


三、充電效率更高


除了續航之外,充電也是電動汽車在實際使用中的重要環節,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勢。


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目前市面上較為常見的充電方式為恒流恒壓式充電。一般在充電開始時先采用恒流充電,此時的電流較大,充電效率相對更高。而在電壓達到一定數值之后,降低電流改為恒壓充電,這樣可以讓電池充的比較滿一些。在這個過程中,恒流充電容量與電池總容量的比值,稱為恒流比。它是衡量一組電池在充電過程中充電效率的關鍵數值。通常百分比越大說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,恒流比無明顯差距,10C以上倍率充電時,磷酸鐵鋰電池恒流比例迅速降低,充電效率迅速降低。


四、循環壽命可以放心


對于家庭用車來說,三元材料和磷酸鐵鋰動力電池的額定循環壽命都遠遠超過了實際用戶的使用習慣,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汽車車主,全年僅有冬季最冷的1個多月,頻繁開暖風的時候才能達到2天一充電,其余時間基本3-4天一充。假設全年平均3天一充電來計算,使用1年需要充大約6次電,循環壽命1000次使用完畢大約需要8年時間,這也基本超過了目前我國消費者平均的換車周期。


五、足夠安全的材料和工藝


傳統內燃機汽車中危害最大的部分是蘊含巨大能量的燃料,像汽油這樣燃點低易爆炸的液態燃料一旦泄露就非常容易造成極大的安全隱患。而新能源汽車的動力電池,經過完善的電池管理系統(BMS)監控,每一顆電池都能得到最準確的控制,預防事故的產生。


以比克18650電池產品為例。在單體電芯工藝上,比克選擇在正負極分別配置保護添加劑和反應性添加劑,阻止電解液分解導致的安全問題。同時添加陶瓷隔膜和負極陶瓷涂層等安全防護手段,從根源控制事故的產生。此外,比克小型圓柱18650電池成組模式,每顆電池之間都保持足夠的安全距離,確保單顆電池的事故不會對其他電池造成影響。


三元鋰電池正在主導未來的動力電池市場


在電動汽車領域,美國的特斯拉一直是國內諸多車企的標桿。而談到傳統車企研發新能源汽車的實力,寶馬i3的推出也成為了教科書般的典范。有趣的是,這兩款車都選擇了三元鋰電池作為動力電池。反觀國內市場,像江淮、比亞迪、北汽等不少汽車廠商也開始將旗下原本使用磷酸鐵鋰電池的車型換裝三元鋰電池。


還是那句話:技術不分好壞,只有適合或者不適合。國內外車企對于電池類型選擇的“不謀而合”也絕對不是巧合。相信在不久的將來,電動汽車的電池市場將會重新洗牌,三元鋰電池憑借其耐低溫、高能量密度、高充電效率不錯的循環壽命以及更強的安全性等特性,也會在新的市場中站穩腳跟。


新聯盟成立,德國政府助車企共同研發燃料電池技術AutoR智駕


繼日本政府之后,德國政府為燃料電池技術也加了一把勁,燃料電池的未來又近了一步。


文丨AutoR智駕吳鵬飛


日前,德國政府組織本國汽車行業領導企業成立了一個6000萬歐元、為期三年的聯盟,研究汽車燃料電池堆的大批量生產。


這一聯盟名為“AutoStack-Industrie”,由德國聯邦交通和數字基礎設施部(BMVI)投資,第一年出資2130萬歐元。


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“AutoStack-Industrie”聯盟由德國汽車制造商和供應商倡議成立,旨在2020年之前為德國和歐洲燃料電池汽車的商業引進提供技術、經濟和科技支持。


該聯盟由寶馬領導,還包括戴姆勒、德納、福特研究和創新中心、科德寶高性能材料、Greenerity、NuCellSys、燃料電池公司PowerCellSwedenAB、德國優美科、大眾集團和德國巴登符騰堡州太陽能和氫能研究中心。這些企業在汽車制造和燃料電池技術領域都有極高的建樹。


而寶馬在德國對于燃料電池車(FCV)也是早有涉獵,寶馬在2015年發布了基于i8和5系GT車型的FCV原型車,并宣布于2020年發布量產版。


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其他車企如奔馳此前就推出過基于B系列的FCV,并于今年推出新款FCV版GLC。


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奧迪在2014年11月洛杉磯車展上,推出了A7h-tronquattro概念車。


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德國聯邦交通與數字基礎設施部副部長NorbertBarthle表示,無排放電力驅動是未來的汽車和氫汽車驅動力的一個重要選擇,也是對電池汽車的補充,德國打算建立自己的燃料電池生產設施。


目前,燃料電池堆主要是手工組裝的。自動化裝配可節省時間和成本,因此是燃料電池汽車在市場廣泛投放的先決條件。聯盟中的合作伙伴將創建一套通用的生產規范,按照此規范生產電池堆并設計組件,然后構建出電池堆原型。與此同時,該聯盟成員也正在研究建造一個靈活的工廠,目標產能為每年3萬個燃料電池堆。


在去年,法國阿爾斯通公司推出了首款氫燃料電池客運列車,這款列車將首先在德國的薩克森州投入運營。


這款氫燃料電池列車命名為iLint,燃料箱與燃料電池都位于列車頂部,而鋰離子電池和電動機則一同位于乘客座椅下方。列車將于今年年底在德國薩克森州正式運營,目前,德國交通部已經訂購了14輛iLints列車,


無論是成立AutoStack-Industrie聯盟,還是引進氫燃料電池列車,都可見德國人對燃料電池的肯定和發展這一技術的決心。


不光德國人如此,日本、韓國、美國,世界幾大車系都在為燃料電池技術蓄力,而日本甚至已經將其上升至了政府層面,作為國家能源戰略去發展。(日三大車企聯合為氫動力汽車建設加氫站,日本緣何不惜血本發力氫能源?)


豐田、本田兩大車企一直對氫燃料電池技術格外青睞,豐田Miran、本田Clarity兩款FCV車型均已量產。


今年5月23日,日產汽車公司聯合豐田汽車、本田汽車、JXTG能源集團、出光興產株式會社、巖谷產業株式會社、東京燃氣株式會社、東邦燃氣株式會社、日本液化空氣公司、豐田通商株式會社和日本政策投資銀行等10家企業聯合簽署了諒解備忘錄,計劃在日本國內共同建設氫燃料加注站,為燃料電池汽車(FCV)提供服務。


日本政府的“氫燃料電池戰略規劃”顯示,要在2020年前共完成160個加氫站的建設,并實現2020年前氫燃料汽車保有量超過4萬輛的目標。


韓國現代汽車在FCV領域同樣耕耘多年,研發歷史已有16年。從2001年起便開始推出FCV車型,2013年2月,ix35FC從韓國釜山正式下線,該車也是世界上第一臺量產版的氫燃料電池車。新一代FE氫燃料概念車也在CES上進行過亮相。


這個被馬斯克稱為“傻瓜電池”的技術已經愈加被世界各國所重視,并且德國已經成為了繼日本之后第二個將燃料電池技術上升至政府層面的國家。


“氫燃料和純電誰才是新能源汽車的未來”這樣的爭論雖然還在繼續,但燃料電池汽車的發展已成必然,日、韓、德極有可能在燃料電池汽車領域成三足鼎立之勢。


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