鉅大鋰電 | 點(diǎn)擊量:0次 | 2020年04月30日
想買電動(dòng)汽車的看看!三元鋰離子電池/磷酸鐵鋰離子電池技術(shù)解析
最近,雙積分政策的改變,讓混動(dòng)車或者說(shuō)日系混動(dòng)車有了更好的生存環(huán)境。原因在于此前的雙積分政策下,混動(dòng)車跟普通燃油車是相同的地位,不能獲得積分,車企假如不夠積分要向其他車企購(gòu)買;如今政策修改以后,混動(dòng)車型或者說(shuō)HEV車型也能獲得一定的積分,這關(guān)于擅長(zhǎng)制造HEV車型的車企帶來(lái)生機(jī),只有車企通過(guò)這些車型生存下來(lái),消費(fèi)者才有可能購(gòu)買到好的產(chǎn)品,形成良性循環(huán)。
制造HEV車型重要是日系廠家,其中日系廠家重要以豐田和本田為主。豐田早在1998年就開(kāi)始研發(fā)混動(dòng)技術(shù),最初使用在普銳斯上,如今THS已經(jīng)發(fā)展到第四代,無(wú)論是電機(jī)還是電池或者是電控都比第一代有長(zhǎng)足的進(jìn)步。車型也從當(dāng)初的普銳斯發(fā)展到今天我們身邊的雷凌混動(dòng)、卡羅拉混動(dòng)等車型。
電池是我們今天討論的重要內(nèi)容,雖然電池技術(shù)不斷增進(jìn),但是電池的材料始終大致是這幾種:三元鋰離子電池、鎳氫電池、磷酸鐵鋰離子電池。豐田在此前的混動(dòng)車型上幾乎都是使用鎳氫電池,而我國(guó)目前三元鋰離子電池是主流選擇,也存在一些磷酸鐵鋰離子電池的小部分車型。但豐田最新在我國(guó)推出的插電混動(dòng)雷凌和卡羅拉則轉(zhuǎn)而使用三元鋰離子電池作為電池組單體,個(gè)中原因是什么?
長(zhǎng)久以來(lái)豐田使用的鎳氫電池正極物質(zhì)為氫氧化鎳,負(fù)極物質(zhì)為金屬氫化物,電解液為6mol/L的氫氧化鉀溶液。其中鎳氫電池分為高壓鎳氫電池和低壓鎳氫電池兩種,而我們民用的一般是低壓鎳氫電池。低壓鎳氫電池有以下優(yōu)點(diǎn):低溫性能好,可快速充放電;可密封,耐過(guò)充、放電能力強(qiáng);無(wú)樹(shù)枝狀晶體出現(xiàn),電池內(nèi)部較為穩(wěn)定;對(duì)環(huán)境無(wú)污染,記憶效應(yīng)不明顯。
其中,無(wú)樹(shù)枝狀晶體生成,關(guān)于車輛電池的安全性是相當(dāng)重要的因素。要了解,很多三元鋰離子電池就是因?yàn)殇囍У膯?wèn)題導(dǎo)致電池組內(nèi)部薄膜被刺穿,引起電池短路,進(jìn)而發(fā)生險(xiǎn)情,而鎳氫電池完全沒(méi)有這種隱患。此外,無(wú)記憶效應(yīng)也是電池的重要性能指標(biāo),由于沒(méi)有記憶效應(yīng),電池能夠盡可能保持高性能運(yùn)作,而不會(huì)因?yàn)橐淮蝺纱芜^(guò)度充放電而導(dǎo)致永久性損傷。
此外,混動(dòng)車的電池一般會(huì)在40%-60%之間充放電,普通鋰離子電池的充放周期是500次,性能優(yōu)異的可以達(dá)到2000次,而鎳氫電池可以輕松超越這個(gè)數(shù)字。
此外,鎳氫電池有著較好的一致性和安全性,因此在電池的管理上不用使用諸如鋰離子電池上面的各種保護(hù)板、平衡裝置;而鎳氫電池可以將多節(jié)電池串聯(lián)作為同一個(gè)部分統(tǒng)一管理,無(wú)需對(duì)每一節(jié)電池單體采集數(shù)據(jù),所以在電池管理上能夠節(jié)省許多部件,成本控制更加出色。
鎳氫電池的低溫性能比鋰離子電池有優(yōu)勢(shì),雖然同樣宣稱-30℃-60℃的工作范圍,但是低溫充電的時(shí)候鋰離子電池會(huì)出現(xiàn)析鋰現(xiàn)象,造成不可逆的傷害,而鎳氫電池則沒(méi)這方面困擾。但是!鎳氫電池也不是沒(méi)有缺點(diǎn)。鎳氫電池的能量密度只有40-70Wh/kg,這個(gè)數(shù)值只有磷酸鐵鋰離子電池的一半,三元鋰離子電池的三分之一,能量密度低是鎳氫電池沒(méi)有在我國(guó)市場(chǎng)普及的直接原因。
關(guān)于pHEV和EV車型來(lái)說(shuō),關(guān)于電池容量的要求較大,鎳氫電池的低能量密度不能滿足pHEV車型的要求,所以只能使用三元鋰離子電池作為電量?jī)?chǔ)存部件。弊端是要密切監(jiān)控電池組的狀態(tài),此外,三元鋰離子電池在受到撞擊以后會(huì)損壞電池隔膜,引起短路,短路會(huì)造成電池?zé)崾Э兀⑶已杆偕郎兀姵厝紵霈F(xiàn)的濃煙關(guān)于環(huán)境有嚴(yán)重污染,并會(huì)對(duì)人體的呼吸系統(tǒng)有危害。
上圖為騰勢(shì)500的磷酸鐵鋰離子電池組
此外,在新能源汽車發(fā)展初期還使用過(guò)磷酸鐵鋰離子電池。磷酸鐵鋰離子電池相比起三元鋰離子電池最大的優(yōu)勢(shì)在于安全性高以及較長(zhǎng)的循環(huán)壽命。由于磷酸鐵鋰的化學(xué)穩(wěn)定性好,高溫穩(wěn)定性強(qiáng),700-800℃才會(huì)開(kāi)始發(fā)生分解,面對(duì)撞擊、針刺、短路等極限情況不會(huì)釋放氧分子,所以不會(huì)從內(nèi)部加劇燃燒,安全性自然比三元鋰離子電池高。
磷酸鐵鋰離子電池的缺點(diǎn)在于受溫度影響較大,特別是低溫情況下,放電能力和容量都會(huì)大幅度降低,特別是在東北這種冬天極寒的天氣,嚴(yán)重影響車輛的性能。此外,磷酸鐵鋰離子電池的能量密度較低,僅計(jì)算電池重量的能量密度只有120Wh/kg,假如計(jì)算上整個(gè)電池組部件,就更加低了,不能達(dá)到國(guó)務(wù)院公布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》里面提出的“電池模塊能量密度要求是大于150Wh/kg”的要求,所以目前磷酸鐵鋰離子電池逐漸被三元鋰離子電池取代。
安全性角度排名:鎳氫電池>磷酸鐵鋰離子電池>三元鋰離子電池
能量密度排名:三元鋰離子電池>磷酸鐵鋰離子電池>鎳氫電池
有關(guān)為何豐田在HEV車型(普銳斯、凱美瑞混動(dòng))使用鎳氫電池,在pHEV車型(卡羅拉、雷凌插電混動(dòng))上使用三元鋰離子電池?唯一的解釋就是鎳氫電池不能讓車輛達(dá)到國(guó)家要求的純電續(xù)航里程標(biāo)準(zhǔn)——50km。假如插電混合動(dòng)力車型不能達(dá)到50km的純電續(xù)航里程,那么就不能獲得插電混動(dòng)車專屬的新能源牌照,那么最終就會(huì)變得毫無(wú)意義。
面對(duì)三元鋰離子電池車輛事故頻發(fā),是否有必要“趕鴨子上架”?過(guò)分追求更高的能量密度?雖然嚴(yán)格的法規(guī)有助于促進(jìn)公司的研發(fā)能力,提升產(chǎn)品性能,但人民生命安全和產(chǎn)品的性能該如何抉擇相信在座各位心中有數(shù)。此外,車廠在此背景下應(yīng)該加強(qiáng)自身產(chǎn)品的監(jiān)控能力,嚴(yán)格監(jiān)控好每一塊電池的工作狀態(tài),將事故扼殺在搖籃之中,這不僅是對(duì)車主負(fù)責(zé),更是對(duì)社會(huì)的責(zé)任。










