新能源汽車(chē)動(dòng)力電池種類(lèi)有哪些?
相關(guān)于傳統的汽車(chē)行業(yè)來(lái)說(shuō),電動(dòng)汽車(chē)是以電能為資源動(dòng)力,把傳統的汽車(chē)能源所用的動(dòng)力進(jìn)行了徹底的改變。傳統汽車(chē)大多數用的都是化石燃料,但電動(dòng)汽車(chē)重要能源是電能,這也是隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展進(jìn)行的重大變革。電動(dòng)汽車(chē)的核心是發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)的電池,電動(dòng)電車(chē)的電池是現代行業(yè)的重要關(guān)鍵打破點(diǎn)。


電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展離不開(kāi)電池的革新,大廠(chǎng)商也在不斷地革新著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)的電池質(zhì)量和電容量的問(wèn)題。目前市面上主流的新能源電動(dòng)汽車(chē)電池種類(lèi)大致歸為鉛酸電池、鎳氫電池、鈷酸鋰離子電池、錳酸鋰離子電池、磷酸鐵鋰離子電池和三元鋰離子電池(鎳鈷錳酸鋰離子電池)等幾大門(mén)類(lèi)。
汽車(chē)動(dòng)力鋰電池種類(lèi)
鉛酸電池:成本低、低溫性好、性?xún)r(jià)比高;能量密度低、壽命短、體積大、安全性差。由于能量密度和使用壽命很低,作為動(dòng)力的電動(dòng)汽車(chē)無(wú)法擁有良好的車(chē)速和較高的續航里程,一般用于低速車(chē)。
鎳氫電池:成本低、技術(shù)成熟、壽命長(cháng)、耐用;能量密度低、體積大、電壓低、有電池記憶效應。由于其超強耐用性,被豐田混動(dòng)車(chē)型普銳斯長(cháng)期采用。與鋰離子電池相比,電池單體電壓僅為1.2v,為鋰離子電池的1/3,因此需求電壓一定的情況下,鎳氫電池體積比鋰離子電池大不少。雖然性能優(yōu)于鉛酸電池,但是含有重金屬,遺棄后對環(huán)境造成污染。
鋰離子電池:是目前最技術(shù)最先進(jìn)的電池之一。這種電池能量密度高,能存的電就多;循環(huán)壽命長(cháng),能充放電的次數就多,用的年頭也長(cháng)?,F在用在電動(dòng)汽車(chē)上的鋰離子電池,重要是兩種:磷酸鐵鋰離子電池和三元鋰離子電池。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),“磷酸鐵鋰”、“三元鋰”都是動(dòng)力鋰電池的正極材料,對電池能量密度有著(zhù)決定性用途,所以在電池命名規則上,多以正極材料來(lái)命名,三元鋰離子電池和磷酸鐵鋰離子電池的由來(lái)皆是如此。
磷酸鐵鋰離子電池
磷酸鐵鋰電池熱穩定佳、安全、成本低、壽命長(cháng);能量密度低、怕低溫。熱穩定性是動(dòng)力鋰離子電池中最好的。電池溫度處于500-600℃時(shí),其內部化學(xué)成分才開(kāi)始分解,并且穿刺、短路、高溫都不會(huì )燃燒或者爆炸,因此比松下的鈷酸鋰離子電池的安全性更高,使用壽命也較長(cháng)。
但能量密度低,導致電池重量更重,體積也更大,車(chē)輛續航里程一般。而其最大的痛點(diǎn)在于低溫充電問(wèn)題,當溫度低于-5℃時(shí),充電效率低,不適合北方在冬天充電的需求。
三元鋰離子電池
三元鋰離子電池能量密度高、循環(huán)壽命長(cháng)、不懼低溫;高溫下穩定不足。能量密度可達最高,但高溫性相對較差,關(guān)于續航里程有要求的純電動(dòng)汽車(chē),其是主流方向,且適合北方天氣,低溫時(shí)電池更加穩定。特斯拉公布的Model3,即采用松下的21700型三元圓柱形電池。
缺點(diǎn)就是三元材料的脫氧溫度是200℃,并且無(wú)法通過(guò)針刺實(shí)驗,表明三元電池在內部短路、電池外殼損壞的情況下,容易引發(fā)燃燒、爆炸等安全事故。
三元鋰離子電池到底是哪三元?三元鋰離子電池的“三元”指的是包含鎳(Ni)、鈷(Co)、錳(Mn)或鋁(Al)三種金屬元素的聚合物,在三元鋰離子電池中做正極。三者缺一不可,在電池內部發(fā)揮巨大的用途。
鎳:重要用途是提升電池的體積能量密度,是提升續航里程的重要突破口,但含量過(guò)多會(huì )導致鎳離子占據鋰離子位置(鎳氫混排),導致容量下降。
鈷:抑制陽(yáng)離子的混排,用以提升穩定性和延長(cháng)電池的壽命,此外,也決定了電池的充放電速度和效率(倍率性能),但過(guò)高的鈷含量會(huì )導致實(shí)際容量降低。
鋁或錳:鈷是十分昂貴的稀有金屬成本高昂,錳或鋁的用途在于降低正極材料成本,同時(shí)提升電池的安全性和穩定性。
為了提高三元鋰離子電池的容量,就要提高正極中鎳的比例。所以你看,鎳的比例在不斷提高,從早期的NCM111,到近兩年的NCM523、NCM611,再到今年紛紛上馬的NCM811,電池能量密度越來(lái)越大,鎳用得也是越來(lái)越生猛。
鎳用得多,鈷和錳的比例必然會(huì )減少。電池的壽命和穩定性是不是會(huì )受影響?理論上會(huì ),但現在三元鋰離子電池主角無(wú)疑就是“高鎳”的三元鋰離子電池。這一方面是政策原因,續航里程長(cháng)、電池能量密度高的電動(dòng)汽車(chē),能拿到的財政補貼就多;另一方面是各汽車(chē)廠(chǎng)商要搶風(fēng)頭,搞續航里程競賽,好像誰(shuí)家的車(chē)續航長(cháng),誰(shuí)家的技術(shù)就先進(jìn)。
隨著(zhù)補貼政策的“退坡”和退出,三元鋰離子電池的“高鎳”沖動(dòng)可能會(huì )冷靜一下。而隨著(zhù)磷酸鐵鋰技術(shù)的進(jìn)步,與三元鋰互爭雄長(cháng)也在意料之中。比亞迪八月份透露,將于明年5-六月份推出的全新一代鐵鋰離子電池,體積比能量密度將提升50%,壽命長(cháng)達8年120萬(wàn)公里,成本還可以節約30%。有分析說(shuō),磷酸鐵鋰的能量密度有望與622三元鋰離子電池媲美,誠如此,再有安全性好、壽命長(cháng)、成本低的加持,磷酸鐵鋰離子電池未嘗不會(huì )再回舞臺中央。
磷酸鐵鋰離子電池和三元鋰離子電池,不能簡(jiǎn)單說(shuō)哪種好,只能說(shuō)各擅勝場(chǎng)。磷酸鐵鋰離子電池勝在壽命長(cháng)、安全性好、成本低,但能量密度和低溫性能稍遜;三元鋰離子電池勝在能量密度大,存電多,但安全性和壽命稍遜。
再過(guò)幾年,就要看固態(tài)鋰離子電池了。固態(tài)鋰離子電池,電解質(zhì)由液體變成了固體,電容量大、充電速度快,又沒(méi)有電解液泄漏起火的風(fēng)險,可謂理想的動(dòng)力鋰電池。全球已經(jīng)有幾家公司推出了固態(tài)電池的原型電池,也許三五年之內,這種電池就會(huì )異軍突起。
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