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电动汽车电池之战一触即发,谁将拔得头筹?

相对于传统的汽车行业来说,电动汽车是以电能为资源动力,把传统的汽车能源所用的动力进行了彻底的改变。传统汽车大多数用的都是化石燃料,但电动汽车主要能源是电能,这也是随着社会的发展进行的重大变革。电动汽车的核心是发展电动汽车的电池,电动电车的电池是现代行业的主要关键打破点。

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电动汽车的发展离不开电池的革新,大厂商也在不断地革新着电动汽车的电池质量和电容量的问题。目前市面上主流的新能源电动汽车电池种类大致归为铅酸电池、镍氢电池、钴酸锂电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池和三元锂电池(镍钴锰酸锂电池)等几大门类。

汽车动力电池种类

铅酸电池:成本低、低温性好、性价比高;能量密度低、寿命短、体积大、安全性差。由于能量密度和使用寿命很低,作为动力的电动车无法拥有良好的车速和较高的续航里程,一般用于低速车。

镍氢电池:成本低、技术成熟、寿命长、耐用;能量密度低、体积大、电压低、有电池记忆效应。由于其超强耐用性,被丰田混动车型普锐斯长期采用。与锂电池相比,电池单体电压仅为1.2v,为锂电池的1/3,因此需求电压一定的情况下,镍氢电池体积比锂电池大不少。虽然性能优于铅酸电池,但是含有重金属,遗弃后对环境造成污染。

锂离子电池:是目前最技术最先进的电池之一。这种电池能量密度高,能存的电就多;循环寿命长,能充放电的次数就多,用的年头也长。现在用在电动汽车上的锂电池,主要是两种:磷酸铁锂电池和三元锂电池。简单来说,“磷酸铁锂”、“三元锂”都是动力电池的正极材料,对电池能量密度有着决定性作用,所以在电池命名规则上,多以正极材料来命名,三元锂电池和磷酸铁锂电池的由来皆是如此。

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磷酸铁锂电池

磷酸铁锂电池热稳定佳、安全、成本低、寿命长;能量密度低、怕低温。热稳定性是动力锂电池中最好的。电池温度处于500-600℃时,其内部化学成分才开始分解,并且穿刺、短路、高温都不会燃烧或者爆炸,因此比松下的钴酸锂电池的安全性更高,使用寿命也较长。

但能量密度低,导致电池重量更重,体积也更大,车辆续航里程一般。而其最大的痛点在于低温充电问题,当温度低于-5℃时,充电效率低,不适合北方在冬天充电的需求。

三元锂电池

三元锂电池能量密度高、循环寿命长、不惧低温;高温下稳定不足。能量密度可达最高,但高温性相对较差,对于续航里程有要求的纯电动汽车,其是主流方向,且适合北方天气,低温时电池更加稳定。特斯拉发布的Model 3,即采用松下的21700型三元圆柱形电池。

缺点就是三元材料的脱氧温度是200℃,并且无法通过针刺实验,表明三元电池在内部短路、电池外壳损坏的情况下,容易引发燃烧、爆炸等安全事故。

三元锂电池到底是哪三元?三元锂电池的“三元”指的是包含镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)或铝(Al)三种金属元素的聚合物,在三元锂电池中做正极。三者缺一不可,在电池内部发挥巨大的作用。

镍:主要作用是提升电池的体积能量密度,是提升续航里程的主要突破口,但含量过多会导致镍离子占据锂离子位置(镍氢混排),导致容量下降。

钴:抑制阳离子的混排,用以提升稳定性和延长电池的寿命,此外,也决定了电池的充放电速度和效率(倍率性能),但过高的钴含量会导致实际容量降低。

铝或锰:钴是十分昂贵的稀有金属成本高昂,锰或铝的作用在于降低正极材料成本,同时提升电池的安全性和稳定性。

为了提高三元锂电池的容量,就需要提高正极中镍的比例。所以你看,镍的比例在不断提高 ,从早期的NCM111,到近两年的NCM523、NCM611,再到今年纷纷上马的NCM811,电池能量密度越来越大,镍用得也是越来越生猛。

镍用得多,钴和锰的比例必然会减少。电池的寿命和稳定性是不是会受影响?理论上会,但现在三元锂电池主角无疑就是“高镍”的三元锂电池。这一方面是政策原因,续航里程长、电池能量密度高的电动汽车,能拿到的财政补贴就多;另一方面是各汽车厂商要抢风头,搞续航里程竞赛,好像谁家的车续航长,谁家的技术就先进。

随着补贴政策的“退坡”和退出,三元锂电池的“高镍”冲动可能会冷静一下。而随着磷酸铁锂技术的进步,与三元锂互争雄长也在意料之中。比亚迪8月份透露,将于明年5-6月份推出的全新一代铁锂电池,体积比能量密度将提升50%,寿命长达8年120万公里,成本还可以节约30%。有分析说,磷酸铁锂的能量密度有望与622三元锂电池媲美,诚如此,再有安全性好、寿命长、成本低的加持,磷酸铁锂电池未尝不会再回舞台中央。

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磷酸铁锂电池/三元电池/用户需求平衡对比图(绿芯)

(责任编辑:admin)
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