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新能源汽車的發(fā)展離不開電池的革新,大廠商也在不斷地革新著電動汽車的電池質(zhì)量和電容量的問題。目前市面上主流的新能源汽車動力電池種類大致歸為鉛酸電池、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)等幾大門類。
1、鉛酸電池
成本低、低溫性好、性價比高;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,作為動力的電動汽車無法擁有良好的車速和較高的續(xù)航里程,一般用于低速車。
2、鎳氫電池
成本低、技術(shù)成熟、壽命長、耐用;能量密度低、體積大、電壓低、有電池記憶效應(yīng)。由于其超強(qiáng)耐用性,被豐田混動車型長期采用。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。
3、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,能充放電的次數(shù)就多,用的年頭也長?,F(xiàn)在用在電動汽車上的鋰離子電池,重要是兩種:磷酸鐵鋰離子電池和三元鋰離子電池。簡單來說,“磷酸鐵鋰”、“三元鋰”都是動力鋰電池的正極材料,對電池能量密度有著決定性用途,所以在電池命名規(guī)則上,多以正極材料來命名,三元鋰離子電池和磷酸鐵鋰離子電池的由來皆是如此。
4、磷酸鐵鋰離子電池
磷酸鐵鋰離子電池?zé)岱€(wěn)定佳、安全、成本低、壽命長;能量密度低、怕低溫。熱穩(wěn)定性是動力鋰離子電池中最好的。電池溫度處于500-600℃時,其內(nèi)部化學(xué)成分才開始分解,并且穿刺、短路、高溫都不會燃燒或者爆炸,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。
但能量密度低,導(dǎo)致電池重量更重,體積也更大,車輛續(xù)航里程一般。而其最大的痛點在于低溫充電問題,當(dāng)溫度低于-5℃時,充電效率低,不適合北方在冬天充電的需求。
5、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、不懼低溫;高溫下穩(wěn)定不足。能量密度可達(dá)最高,但高溫性相對較差,關(guān)于續(xù)航里程有要求的純電動汽車,其是主流方向,且適合北方天氣,低溫時電池更加穩(wěn)定。特斯拉公布的Model3,即采用松下的21700型三元圓柱形電池。
缺點就是三元材料的脫氧溫度是200℃,并且無法通過針刺實驗,表明三元電池在內(nèi)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(nèi)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(xù)航里程的重要突破口,但含量過多會導(dǎo)致鎳離子占據(jù)鋰離子位置(鎳氫混排),導(dǎo)致容量下降。
鈷:抑制陽離子的混排,用以提升穩(wěn)定性和延長電池的壽命,此外,也決定了電池的充放電速度和效率(倍率性能),但過高的鈷含量會導(dǎo)致實際容量降低。
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,同時提升電池的安全性和穩(wěn)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,電池能量密度越來越大,鎳用得也是越來越生猛。
鎳用得多,鈷和錳的比例必然會減少,電池的壽命和穩(wěn)定性是不是會受影響?理論上會,但現(xiàn)在三元鋰離子電池主角無疑就是“高鎳”的三元鋰離子電池。這一方面是政策原因,續(xù)航里程長、電池能量密度高的電動汽車,能拿到的財政補(bǔ)貼就多;另一方面是各汽車廠商要搶風(fēng)頭,搞電動汽車?yán)m(xù)航里程競賽,好像誰家的車?yán)m(xù)航長,誰家的技術(shù)就先進(jìn)。
磷酸鐵鋰離子電池和三元鋰離子電池,不能簡單說哪種好,只能說各擅勝場。磷酸鐵鋰離子電池勝在壽命長、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。
相關(guān)于傳統(tǒng)的汽車行業(yè)來說,電動汽車是以電能為資源動力,把傳統(tǒng)的汽車能源所用的動力進(jìn)行了徹底的改變。傳統(tǒng)汽車大多數(shù)用的都是化石燃料,但電動汽車重要能源是電能,這也是隨著社會的發(fā)展進(jìn)行的重大變革。電動汽車的核心是發(fā)展電動汽車的電池,電動電車的電池是現(xiàn)代行業(yè)的重要關(guān)鍵打破點。
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