新能源純電動(dòng)汽車的核心無(wú)疑是電池,時(shí)下,市面上主流新能源純電動(dòng)汽車的電池基本上采用的是三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池,相關(guān)資料顯示,2017年工信部公布的8批共296款新能源乘用車中,采用三元鋰電池的車型有221款,而采用磷酸鐵鋰的僅有33款。
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(jià)格低且磷、鐵存在于地球的資源含量豐富,不會(huì)有供料問(wèn)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(zhǎng),在高溫與高熱環(huán)境下的穩(wěn)定性高。
磷酸鐵鋰電池的特點(diǎn)在于安全性高,高倍率充放電特性和較長(zhǎng)的循環(huán)壽命。文獻(xiàn)顯示,在充電條件為1C倍率充電至3.65V,然后轉(zhuǎn)恒壓至電流下降到0.02C,之后以1C倍率放電至截止電壓2.0V,循環(huán)1600次之后電池容量仍有初始容量的80%。磷酸鐵鋰電池至少具有以下五大優(yōu)點(diǎn):更高的安全性、更長(zhǎng)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。
磷酸鐵鋰電池的缺點(diǎn)在于其性能受溫度影響大,尤其是低溫環(huán)境下,放電能力和容量均會(huì)大幅度降低。此外,磷酸鐵鋰的能量密度較低,僅算電池的重量能量密度只有120Wh/kg,如果計(jì)算整個(gè)電堆,包括電池管理系統(tǒng)、散熱等零部件的能量密度就更低了。遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到國(guó)務(wù)院發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012-2020 年)》明確提出“電池模塊的能量密度要求是大于 150 瓦時(shí)/公斤”的要求。此外,磷酸鐵鋰電池材料的制備成本與電池的制造成本較高,電池成品率低,產(chǎn)品一致性差。
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。這種材料綜合了鈷酸鋰、鎳酸鋰和錳酸鋰三種材料的優(yōu)點(diǎn),形成了三種材料三相的共熔體系,由于三元協(xié)同效應(yīng)其綜合性能優(yōu)于任一單組合化合物。重量能量密度能夠達(dá)到200Wh/kg。據(jù)清華大學(xué)歐陽(yáng)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(fù)極是石墨的通常說(shuō)法中的"三元?jiǎng)恿﹄姵?quot;。而在實(shí)際研發(fā)應(yīng)用中,還有一種正極是三元,負(fù)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(zhǎng),不屬于普通所說(shuō)的"三元材料。"
三元鋰電池的優(yōu)點(diǎn)是能量密度高,循環(huán)性能好于正常鈷酸鋰。目前,隨著配方的不斷改進(jìn)和結(jié)構(gòu)完善,電池的標(biāo)稱電壓已達(dá)到3.7V,在容量上已經(jīng)達(dá)到或超過(guò)鈷酸鋰電池水平。
三元鋰電池的安全性較差,由于鎳鈷鋁的高溫結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,導(dǎo)致熱穩(wěn)定性差,且pH值過(guò)高易使單體脹氣,進(jìn)而引發(fā)危險(xiǎn)。250-300℃就會(huì)發(fā)生分解,遇到電池中可燃的電解液、碳材料后一點(diǎn)就著,產(chǎn)生的熱量進(jìn)一步加劇正極分解,在極短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)爆燃。車禍中,外力撞擊會(huì)損壞電池隔膜,進(jìn)而導(dǎo)致短路,而短路時(shí)發(fā)出的熱量會(huì)造成電池?zé)崾Э兀⒀杆賹囟壬?00℃以上,存在自燃風(fēng)險(xiǎn)。因此,對(duì)于三元鋰電池而言,其電池管理系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)就至關(guān)重要。
迄今為止,三元和磷酸鐵鋰電池還未能夠分出真正的勝負(fù),當(dāng)然略占上風(fēng)的是三元鋰電池,但兩者至少在現(xiàn)階段都不是完美的解決方案,石墨烯或者氫燃料電池等其他替代能源技術(shù)都在一旁虎視眈眈。