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磷酸鐵鋰電池與三元鋰電池怎么區(qū)分

來源:存能電氣  日期:2019-05-19 14:32  瀏覽量:

  磷酸鐵鋰電池與三元鋰電池怎么區(qū)分?目前國內(nèi)的動力電池主要分為兩個派系,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。要想搞清楚究竟哪種電池更好,我們應(yīng)該先對這兩者的區(qū)別有一個簡單的了解。

  磷酸鐵鋰電池與三元鋰電池怎么區(qū)分?

  磷酸鐵鋰電池

  磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。其特色是不含鈷等貴重元素,原料價格低且磷、鐵存在于地球的資源含量豐富,不會有供料問題。其工作電壓適中(3.2V)、單位重量下電容量大(170mAh/g)、高放電功率、可快速充電且循環(huán)壽命長,在高溫與高熱環(huán)境下的穩(wěn)定性高。磷酸鐵鋰電池至少具有以下五大優(yōu)點:更高的安全性、更長的使用壽命、不含任何重金屬和稀有金屬(原材料成本低)、支持快速充電、工作溫度范圍廣。

  缺點是磷酸鐵鋰電池存在一些性能上的缺陷,如振實密度與壓實密度很低,導(dǎo)致鋰離子電池的能量密度較低;材料的制備成本與電池的制造成本較高,電池成品率低,一致性差;產(chǎn)品一致性差;知識產(chǎn)權(quán)問題。

磷酸鐵鋰電池.jpg

  三元聚合物鋰電池

  三元鋰電池正極材料使用鎳鈷錳酸鋰(Li(NiCoMn)O2)三元正極材料的鋰電池。據(jù)清華大學(xué)歐陽明高解釋:本次調(diào)查中所稱的"三元"材料,指的是正極是三元,負極是石墨的通常說法中的"三元動力電池"。而在實際研發(fā)應(yīng)用中,還有一種正極是三元,負極是鈦酸鋰的,通常被稱為"鈦酸鋰",其性能比較安全,壽命比較長,不屬于普通所說的三元材料。三元鋰電池能量密度高,循環(huán)性能好于正常鈷酸鋰。目前,隨著配方的不斷改進和結(jié)構(gòu)完善,電池的標(biāo)稱電壓已達到3.7V,在容量上已經(jīng)達到或超過鈷酸鋰電池水平。

  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(yōu)勢。

  缺點是三元材料動力鋰電池主要有鎳鈷鋁酸鋰電池、鎳鈷錳酸鋰電池等,由于鎳鈷鋁的高溫結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,導(dǎo)致高溫安全性差,且pH值過高易使單體脹氣,進而引發(fā)危險,目前造價較高。

  總結(jié):對比之下,三元聚合物鋰電池的確有著更優(yōu)于磷酸鐵鋰電池的特質(zhì),但是目前隨著新能源它的發(fā)展卻受到了阻礙,但是總得來說三元聚合物鋰電池更好。

  ●能量密度比較

  磷酸鐵鋰電池單體,能量密度為120Wh/kg,成組后為80Wh/kg;三元鋰電池單體,能量密度為180Wh/kg,成組后能量密度為110Wh/kg。從數(shù)據(jù)上來看,在能量密度方面,三元鋰電池優(yōu)于磷酸鐵鋰電池。而目前國家新能源汽車的補貼標(biāo)準(zhǔn)視電池系統(tǒng)的能量密度而定,其具體政策就是,新能源乘用車電池系統(tǒng)能量密度超過120Wh/kg,就可以享受1.1倍的補貼,介于90Wh/kg和120Wh/kg之間只能享受1倍補貼。非快充類純電動客車電池能量密度高于115Wh/kg的按1.2倍給予補貼。

  ●安全性

  三元鋰電池液態(tài)電解質(zhì)易燃易爆,在長期使用過程中容易觸發(fā)“熱失控”,在充放電過程中鋰枝晶的生長容易刺破隔膜,引起電池短路,造成安全隱患。而磷酸鐵鋰電池在實際使用中具有耐高溫、安全穩(wěn)定性強、循環(huán)性能更好的優(yōu)勢。

  ●成本方面

  由于磷酸鐵鋰電池不含有貴重金屬材料,因此原材料成本就可以被壓縮的非常低廉。而三元鋰電池是以鎳鈷錳酸鋰做為正極材料,石墨作為負極材料的鋰電池,因此成本會比磷酸鐵鋰電池貴很多。

  在市場應(yīng)用上,以磷酸鐵鋰為電芯所組成的電池較為簡單,不需要太多保護輔助設(shè)備,而三元電池雖然電池電芯密度很高,但由于其安全性差不耐高溫,所以必須結(jié)合一套復(fù)雜的電池保護設(shè)備,而這些設(shè)備都加大了汽車的重量,使得三元電池在能量密度上的優(yōu)勢削弱了,目前無法完全取代磷酸鐵鋰。綜合能量密度、循環(huán)壽命、低溫性能等方面,三元電池綜合性能優(yōu)于磷酸鐵鋰電池,但是在穩(wěn)定性以及成本上,磷酸鐵鋰仍具有牢固的地位。

  ●低溫性能

  鐵鋰電池的低溫性能是硬傷,江浙地區(qū),在冬天0-5度的氣溫下,鐵鋰的表現(xiàn)大約是夏天的75%左右,大功率車大電流條件下,甚至?xí)汀H囯姵卦谕瑯託鉁叵?,大約是夏天的90%左右,有下降,但還不太明顯。更靠北方的地區(qū),下降的會更多一點。不同地域的客戶,在選擇鋰電材料的時候,這點是必須要考慮到的。

  ●實際壽命

  鐵鋰電池質(zhì)量比較好的情況下,1年衰減量可以控制在5%以內(nèi),第二年可以在15%以內(nèi)。三元鋰電池類型的,1年降幅在7-10%,2年在20-25%。當(dāng)然,具體也和使用負荷,使用頻率有關(guān)系,這里只是一個大概的表述。

  ●充電效率

  除了續(xù)航之外,充電也是電動汽車在實際使用中的重要環(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。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(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。在這個過程中,恒流充電容量與電池總?cè)萘康谋戎担Q為恒流比。它是衡量一組電池在充電過程中充電效率的關(guān)鍵數(shù)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。

  總的來說,作為目前動力電池的主力軍,磷酸鐵鋰電池能量密度已經(jīng)基本達到理論的極致,但是由于成本,安全等方面的優(yōu)勢,使得在工業(yè)化生產(chǎn)上仍被需求。綜合多種因素,磷酸鐵鋰電池的使用特性大致可以表述為:尺寸相對較大,低溫性能不好,可以在壽命期內(nèi)保持相對平緩的衰減速率,一般用5年左右是可以的;三元體系的特點:體積小,可以裝更大的容量,冬天性能下降不多,初期容量較大,比鐵鋰有明顯的里程優(yōu)勢,壽命后期會有比較明顯下降,一般壽命3左右年。

  技術(shù)不分好壞,只有適合或者不適合。國內(nèi)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(huán)壽命以及更強的安全性等特性,也會在新的市場中站穩(wěn)腳跟。

  以上就是磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池的區(qū)別,因能量性能和稀有金屬成本的原因,錳酸鋰、鈦酸鋰和鈷酸鋰電池逐漸變?yōu)樾”娺x擇,而磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池則得到更廣泛的推廣應(yīng)用。

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