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磷酸铁锂正极材料本身比三元锂具有更好的热稳定性

日期:2021-3-2 类别: 阅读:1016 (来源:互联网)

随著新能源汽车的普及,车载锂电池技术日益受到关注。当前在新能源汽车上使用的锂电池主要有比亚迪的磷酸铁锂电池和特斯拉的三元锂电池,那么谁才是新能源市场上的老大呢?一般以碳材料作为锂离子电池的负极,以含有锂的化合物作为正极,在电池的中间有一层隔膜,避免了正负极短路。

随著新能源汽车的普及,车载锂电池技术日益受到关注。当前在新能源汽车上使用的锂电池主要有比亚迪的磷酸铁锂电池和特斯拉的三元锂电池,那么谁才是新能源市场上的老大呢?

一般以碳材料作为锂离子电池的负极,以含有锂的化合物作为正极,在电池的中间有一层隔膜,避免了正负极短路。

充放电时,BYW98-200锂离子在正负极之间来回移动,充电时,锂离子从正极脱嵌,通过电解液嵌入负极;放电时,锂离子从碳结构的片层析出,再与正极的化合物结合。

当离子在嵌入和脱嵌过程中,伴随着等量电子的嵌入和脱嵌,则会产生电流。

我们所说的磷酸铁锂电是指只使用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池,这种电池不含贵金属元素。

实践表明,磷酸铁锂电池具有耐高温、安全稳定性强、价格低廉、可循环使用等优点。三元锂电池,是指以镍钴锰酸锂为正极材料,以石墨为负极材料的锂电池,不同于磷酸铁锂,三元锂电池电压平台较高,即在相同体积或重量下,三元锂电池的比能量,大于功率。

单论电池也没有所谓的优劣之分,只是应用在实际使用场景中,根据不同的使用场景,有不同的选择。以下我们将从几个方面对两种电池进行比较。

1

关于安全

安全问题在锂电池的原理上,我们说过,锂电池中间的隔膜可以防止正负极短路,当电池被尖锐物体刺穿时,隔膜也会被刺穿,因此,正负极短路会引起电池本身发热,甚至爆炸。

并且叶片电池顺利通过了针刺测试,证明了锂电池的高安全性。此外,磷酸铁锂正极材料本身比三元锂具有更好的热稳定性,在500℃范围内,均具有极高的稳定性,在800℃范围内才有出现热失控,此外,即使出现热失控,磷酸铁锂电池放热也非常缓慢,并且在分解时不会释放氧气,降低了起火的危险。

相较之下,三元锂电池在300摄氏度左右就开始消融,在新能源汽车的自燃事件中,三元锂电池占据了更大的比例。

2

低温流方面

假如在北京,因为夏天最高气温40摄氏度左右,而冬天基本上保持在零下16摄氏度左右甚至更低,那么这样的温度范围,就适合低温性能更好的三元锂电池。

由数据可以看出,两种类型的电池温度都在-20℃以下,三元锂电池相对磷酸铁锂电池具有较大的优势。

3

能源密度值

据国内三元锂电池龙头比克电池介绍,其18650圆柱电池单体的能量密度已达232Wh/kg,封装成电池组的能量密度约为150Wh/kg,而目前磷酸铁锂电池单体的能量密度约为180Wh/kg。

不过,比亚迪研发的刀片电池可以像刀片一样把电芯组织成片状,刀片电池组的能量密度虽然只有140Wh/kg,但这种长电流的新方案提高了电芯的重组效率,体积能量密度提高50%。

这就是说,在相同尺寸的电池里,叶片电池可以装更多的电池芯,续航里程和三元锂电池几乎是一样的。

4

充电器的效率

现在市场上比较常见的充电方式是恒流式恒压式充电,一般在充电开始实施时,首先采用恒流式充电,此时电流较大,充电效率相对较高,而当电压达到一定值后,降低电流就会变为恒压充电,这样就可以使电池充量比较大。

这一过程中,恒流充电容量与电池总容量之比被称为恒流比,是衡量一组电池充电效率的关键数值,通常百分比越大,表明在恒流阶段充入的电量越多,这也证明了电池充电效率越高。

充电和放电的总电流比为总充电和放电倍率,从数据中可以看出,三元锂电池和磷酸铁锂电池在十倍速率下充电时恒流比没有明显的差异,超过十倍速率充电时,恒流比迅速下降,充电效率也迅速下降,可见,三元锂电池在充电效率方面具有较大优势。

5

周期生命周期

若将剩余容量为初始容量的80%作为试验结束点,则目前实验室测试的磷酸铁锂电池循环寿命可达3500次以上,部分可达5000次。

三元锂电池的循环寿命试验周期在2500次左右,从循环寿命试验周期来看,磷酸铁锂电池的实际寿命远高于三元锂电池。

同样循环次数相同时,磷酸铁锂电池的剩余容量也比三元锂电池要大很多,三元锂电池循环3900次,剩余容量66%,磷酸铁锂电池循环5000次,剩余容量84%,磷酸铁锂电池优势明显,对于家用汽车而言,三元锂材料和磷酸铁锂动力电池的额定循环寿命都远大于用户的使用习惯,所以,在使用寿命上,完全可以放心。

由上述五个方面的对比可以看出,三元锂电池和磷酸铁锂电池各有优势,并没有绝对的优劣之分。

因此,在选购新能源汽车时,要根据所处环境等各种因素选择合适的电池类型,这样才能让自己的爱车发挥到最好的状态。