磷酸铁锂电池与三元锂电池怎么区分?

        目前国内的动力电池主要分为两个派系,根据正极材料的不同分为磷酸铁锂派和三元材料派。虽然两者均属于二次电池,都可以反复进行充放电使用,但由于材料的差异,在最终反映到使用层面的性能还是有比较大的差别。要想搞清楚究竟哪种电池更好,我们应该先对这两者的区别有一个简单的了解。

磷酸铁锂电池与三元锂电池怎么区分?

磷酸铁锂电池

        磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。其特色是不含钴等贵重元素,原料价格低且磷、铁存在于地球的资源含量丰富,不会有供料问题。其工作电压适中(3.2V)、单位重量下电容量大(170mAh/g)、高放电功率、可快速充电且循环寿命长,在高温与高热环境下的稳定性高。磷酸铁锂电池至少具有以下五大优点:更高的安全性、更长的使用寿命、不含任何重金属和稀有金属(原材料成本低)、支持快速充电、工作温度范围广。

        缺点是磷酸铁锂电池存在一些性能上的缺陷,如振实密度与压实密度很低,导致锂离子电池的能量密度较低;材料的制备成本与电池的制造成本较高,电池成品率低,一致性差;产品一致性差;知识产权问题。

三元聚合物锂电池

        三元锂电池正极材料使用镍钴锰酸锂(Li(NiCoMn)O2)三元正极材料的锂电池。据清华大学欧阳明高解释:本次调查中所称的”三元”材料,指的是正极是三元,负极是石墨的通常说法中的”三元动力电池”。而在实际研发应用中,还有一种正极是三元,负极是钛酸锂的,通常被称为”钛酸锂”,其性能比较安全,寿命比较长,不属于普通所说的三元材料。三元锂电池能量密度高,循环性能好于正常钴酸锂。目前,随着配方的不断改进和结构完善,电池的标称电压已达到3.7V,在容量上已经达到或超过钴酸锂电池水平。

        三元锂电池是指使用镍钴锰酸锂做为正极材料,石墨作为负极材料的锂电池。与磷酸铁锂不同,三元锂电池电压平台很高,这也就意味着在相同的体积或是重量下,三元锂电池的比能量、比功率更大。除此之外,在大倍率充电、和耐低温性能等方面,三元锂电池也有很大的优势。

        缺点是三元材料动力锂电池主要有镍钴铝酸锂电池、镍钴锰酸锂电池等,由于镍钴铝的高温结构不稳定,导致高温安全性差,且pH值过高易使单体胀气,进而引发危险,目前造价较高。

        总结:对比之下,三元聚合物锂电池的确有着更优于磷酸铁锂电池的特质,但是目前随着新能源它的发展却受到了阻碍,但是总得来说三元聚合物锂电池更好。

●能量密度比较

        磷酸铁锂电池单体,能量密度为120Wh/kg,成组后为80Wh/kg;三元锂电池单体,能量密度为180Wh/kg,成组后能量密度为110Wh/kg。从数据上来看,在能量密度方面,三元锂电池优于磷酸铁锂电池。而目前国家新能源汽车的补贴标准视电池系统的能量密度而定,其具体政策就是,新能源乘用车电池系统能量密度超过120Wh/kg,就可以享受1.1倍的补贴,介于90Wh/kg和120Wh/kg之间只能享受1倍补贴。非快充类纯电动客车电池能量密度高于115Wh/kg的按1.2倍给予补贴。

●安全性

        三元锂电池液态电解质易燃易爆,在长期使用过程中容易触发“热失控”,在充放电过程中锂枝晶的生长容易刺破隔膜,引起电池短路,造成安全隐患。而磷酸铁锂电池在实际使用中具有耐高温、安全稳定性强、循环性能更好的优势。

●成本方面

        由于磷酸铁锂电池不含有贵重金属材料,因此原材料成本就可以被压缩的非常低廉。而三元锂电池是以镍钴锰酸锂做为正极材料,石墨作为负极材料的锂电池,因此成本会比磷酸铁锂电池贵很多。

        在市场应用上,以磷酸铁锂为电芯所组成的电池较为简单,不需要太多保护辅助设备,而三元电池虽然电池电芯密度很高,但由于其安全性差不耐高温,所以必须结合一套复杂的电池保护设备,而这些设备都加大了汽车的重量,使得三元电池在能量密度上的优势削弱了,目前无法完全取代磷酸铁锂。综合能量密度、循环寿命、低温性能等方面,三元电池综合性能优于磷酸铁锂电池,但是在稳定性以及成本上,磷酸铁锂仍具有牢固的地位。

●低温性能

        铁锂电池的低温性能是硬伤,江浙地区,在冬天0-5度的气温下,铁锂的表现大约是夏天的75%左右,大功率车大电流条件下,甚至会更低。三元锂电池在同样气温下,大约是夏天的90%左右,有下降,但还不太明显。更靠北方的地区,下降的会更多一点。不同地域的客户,在选择锂电材料的时候,这点是必须要考虑到的。

●实际寿命

        铁锂电池质量比较好的情况下,1年衰减量可以控制在5%以内,第二年可以在15%以内。三元锂电池类型的,1年降幅在7-10%,2年在20-25%。当然,具体也和使用负荷,使用频率有关系,这里只是一个大概的表述。

●充电效率

        除了续航之外,充电也是电动汽车在实际使用中的重要环节,而三元锂电池在充电效率方面较磷酸铁锂电池有着非常大的优势。目前市面上较为常见的充电方式为恒流恒压式充电。一般在充电开始时先采用恒流充电,此时的电流较大,充电效率相对更高。而在电压达到一定数值之后,降低电流改为恒压充电,这样可以让电池充的比较满一些。在这个过程中,恒流充电容量与电池总容量的比值,称为恒流比。它是衡量一组电池在充电过程中充电效率的关键数值。通常百分比越大说明在恒流阶段充入的电量越高,也就证明该电池的充电效率更高。

        总的来说,作为目前动力电池的主力军,磷酸铁锂电池能量密度已经基本达到理论的极致,但是由于成本,安全等方面的优势,使得在工业化生产上仍被需求。综合多种因素,磷酸铁锂电池的使用特性大致可以表述为:尺寸相对较大,低温性能不好,可以在寿命期内保持相对平缓的衰减速率,一般用5年左右是可以的;三元体系的特点:体积小,可以装更大的容量,冬天性能下降不多,初期容量较大,比铁锂有明显的里程优势,寿命后期会有比较明显下降,一般寿命3左右年。

        技术不分好坏,只有适合或者不适合。国内外车企对于电池类型选择的“不谋而合”也绝对不是巧合。相信在不久的将来,电动汽车的电池市场将会重新洗牌,三元锂电池凭借其耐低温、高能量密度、高充电效率不错的循环寿命以及更强的安全性等特性,也会在新的市场中站稳脚跟。

        以上就是磷酸铁锂电池和三元锂电池的区别,因能量性能和稀有金属成本的原因,锰酸锂、钛酸锂和钴酸锂电池逐渐变为小众选择,而磷酸铁锂电池和三元锂电池则得到更广泛的推广应用。

source:http://www.juda.cn/news/92355.html

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