什么是三元鋰電池，三元鋰電池的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-13 14:54
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三元聚合物鋰電池是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰（Li（NiCoMn）O2）三元正極材料的鋰電池，三元復(fù)合正極材料前驅(qū)體產(chǎn)品，是以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料，里面鎳鈷錳的比例可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整，三元材料做正極的電池相對(duì)于鈷酸鋰電池安全性高，但是電壓太低，用在手機(jī)上（手機(jī)截止電壓一般在3.4V左右）會(huì)有明顯的容量不足的感覺(jué)。
三元鋰電池性能：
在容量與安全性方面比較均衡的材料，循環(huán)性能好于正常鈷酸鋰，前期由于技術(shù)原因其標(biāo)稱電壓只有3.5-3.6V，在使用范圍方面有所限制，但到目前，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。
從2014年初以來(lái)，三元材料鋰電池各方面不斷改性，循環(huán)次數(shù)不斷增加，目前適當(dāng)增加成本，已經(jīng)可以達(dá)到1500次以上，而且三元材料的鋰電池安全性能也在不斷改善，越來(lái)越向磷酸鐵鋰靠近。近兩年新出現(xiàn)的鎳鈷鋁新三元材料，雖然在電池制造過(guò)程中對(duì)環(huán)境要求較高，但是其穩(wěn)定性與安全性進(jìn)一步提高，為多家電池廠所認(rèn)可、試產(chǎn)。
1、電壓平臺(tái)高。電壓平臺(tái)是電池能量密度的重要指標(biāo)，決定著電池的基本效能和成本，因此對(duì)電池材料的選用，有重要的意義。電壓平臺(tái)越高，比容量越大，肯定同樣體積、重量，甚至同樣安時(shí)的電池，電壓平臺(tái)比較高的三元材料鋰電池續(xù)航里程更遠(yuǎn)。三元材料的電壓平臺(tái)明顯比磷酸鐵鋰高，高線可以達(dá)到4.2伏，放電平臺(tái)可以達(dá)到3.6或者3.7伏。
作為新能源汽車的重要組成部分，電池的性能在很大程度上決定了車輛的綜合表現(xiàn)。目前，市面上的新能源車采用的電池種類各不相同，那么它們分別有怎樣的特性呢？究竟哪種電池的綜合表現(xiàn)更佳？下面，我們就對(duì)幾種主流的新能源汽車電池類型做一個(gè)盤(pán)點(diǎn)。
那么，為何大量純電動(dòng)車都選擇了磷酸鐵鋰電池呢？這主要有以下幾個(gè)原因。首先，磷酸鐵鋰電池的使用壽命較長(zhǎng)，一般情況下，它的循環(huán)壽命可以達(dá)到2000次以上。
此外，磷酸鐵鋰電池在熱穩(wěn)定性方面也有著一定的優(yōu)勢(shì)，在所有鋰電池中，磷酸鐵鋰電池的熱穩(wěn)定性最佳。其電熱峰值可達(dá)350-500℃，當(dāng)溫度達(dá)到500℃左右時(shí)，內(nèi)部化學(xué)成分才開(kāi)始分解。這樣的特性也使得磷酸鐵鋰電池的安全性得到了保證。
磷酸鐵鋰電池得到廣泛推廣的原因還在于其較低的成本，眾所周知，電池成本在一輛純電動(dòng)汽車的總成本中占比極大，降低電池成本是提升車輛性價(jià)比最有效的方式之一。對(duì)于磷酸鐵鋰電池來(lái)說(shuō)，其不含鈷等貴重元素，原料為資源含量豐富的磷、鐵，所以成本相對(duì)容易控制。
雖然磷酸鐵鋰電池有著上述優(yōu)點(diǎn)，不過(guò)它也存在一些缺點(diǎn)，使得近兩年車企紛紛拋棄磷酸鐵鋰電池轉(zhuǎn)而使用三元鋰電池。其中最主要的一項(xiàng)就在于，此類電池的能量密度較低，相同續(xù)航里程下，采用磷酸鐵鋰電池的車輛自重更高，而過(guò)高的自重對(duì)于能耗的控制顯然是不利的。另外，我國(guó)的新能源政策也在逐年提高對(duì)于能量密度的要求，受限于材料本身的特性，磷酸鐵鋰電池的能量密度很難得到提高，這也是其被棄用的原因之一。
下面咱們來(lái)說(shuō)說(shuō)最近主流的一類電池——三元鋰電池。
三元鋰電池是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰三元正極材料的鋰電池。相比磷酸鐵鋰電池，三元鋰電池的綜合表現(xiàn)更為平均，能量密度較高，體積比能量也更高，并且隨著電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，三元鋰電池的價(jià)格也來(lái)到了一個(gè)廠家能夠接受的范圍。
三元鋰電池最大的優(yōu)勢(shì)在于電池能量密度高，其儲(chǔ)能密度通常在200Wh/kg以上，相對(duì)于磷酸鐵鋰的90-120Wh/kg來(lái)說(shuō)，這樣的表現(xiàn)對(duì)于輕量化設(shè)計(jì)更加友好，也更適合現(xiàn)階段新能源乘用車市場(chǎng)對(duì)續(xù)航里程的需求。
三元鋰電池的缺點(diǎn)也同樣突出，其分解溫度在250-350℃左右，此時(shí)內(nèi)部化學(xué)成分開(kāi)始分解，釋放氧分子，在高溫作用下電解液會(huì)迅速燃燒，增加電池發(fā)生自燃及爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。因此搭載三元鋰電池的車型對(duì)電池管理系統(tǒng)提出了極高的要求，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要做好過(guò)充保護(hù)、過(guò)放保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)和過(guò)流保護(hù)等。不過(guò)隨著技術(shù)的進(jìn)步，尤其是在應(yīng)用了陶瓷隔膜之后，三元鋰電池的安全問(wèn)題已得到改善，由于其出色的綜合表現(xiàn)，目前在市場(chǎng)上得到了大量應(yīng)用。
鎳氫電池是大家相對(duì)陌生的一類電池，目前除豐田旗下車型外，幾乎沒(méi)有搭載此類電池的車型。
鎳氫電池也是一種性能良好的蓄電池。鎳氫電池分為高壓鎳氫電池和低壓鎳氫電池。其正極活性物質(zhì)為Ni（OH）2，負(fù)極活性物質(zhì)為金屬氫化物，也稱儲(chǔ)氫合金。我們經(jīng)常接觸的新能源汽車采用的是低壓鎳氫電池。
其實(shí)，早在上世紀(jì)90年代，鎳氫電池就開(kāi)始進(jìn)入人們的視野，大家最為熟知的豐田普銳斯就是搭載鎳氫電池的代表性車型，而豐田也一直執(zhí)著于使用鎳氫電池，直到今日，大量豐田旗下的新能源車型還在沿用此類電池，如卡羅拉雙擎、凱美瑞雙擎、普銳斯等。
在能量密度方面，其表現(xiàn)與普通鋰電池差距并不大，但由于電池單體電壓僅為1.2V，是鋰電池的1/3，因此在需求電壓一定的情況下，其電池組的體積要比鋰電池大不少，這也是鎳氫電池的主要劣勢(shì)所在。
不過(guò)，豐田堅(jiān)持使用鎳氫電池也不是完全沒(méi)有道理的。曾經(jīng)有美國(guó)汽車媒體進(jìn)行過(guò)調(diào)查，在進(jìn)行測(cè)試后，他們發(fā)現(xiàn)采用鎳氫電池的第一代普銳斯在經(jīng)過(guò)了10年、33萬(wàn)公里的行駛之后，無(wú)論是在油耗性能還是在動(dòng)力性能方面都與新車保持在同一水平，并沒(méi)有出現(xiàn)明顯的電池容量衰減以及性能下降的情況，相信如此出色的穩(wěn)定性也是豐田采用鎳氫電池的原因所在。
最后咱們來(lái)說(shuō)說(shuō)被視為未來(lái)發(fā)展方向之一的氫燃料電池。
氫燃料電池的基本原理是電解水的逆反應(yīng)，把氫和氧分別供給陽(yáng)極和陰極，氫通過(guò)陽(yáng)極向外擴(kuò)散，并與電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，釋放出的電子通過(guò)外部的負(fù)載到達(dá)陰極，是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個(gè)蓄電池，但實(shí)質(zhì)上它不能“儲(chǔ)電”而是一個(gè)“發(fā)電廠”。也就是說(shuō)，氫燃料電池與其他純電動(dòng)車不同的是，其無(wú)需充電，只需加氫，使用習(xí)慣上類似于普通燃油車，非常方便。
氫燃料電池電動(dòng)車能量轉(zhuǎn)換效率高、無(wú)污染、壽命長(zhǎng)、運(yùn)行平穩(wěn)，而其最大的優(yōu)勢(shì)則在于沒(méi)有污染物排放，雖然純電動(dòng)車看似同樣沒(méi)有產(chǎn)生污染排放，但是在發(fā)電環(huán)節(jié)，對(duì)于主要依靠火電的中國(guó)來(lái)說(shuō)，純電動(dòng)汽車的使用只是起到了轉(zhuǎn)移污染的效果。
有朋友會(huì)問(wèn)了，既然氫燃料電池車在環(huán)保方面表現(xiàn)如此出色，為什么市場(chǎng)占有率如此低下呢？問(wèn)題主要出在氫的制造、運(yùn)輸和儲(chǔ)存上。目前除了制造環(huán)節(jié)發(fā)展較為成熟外，其他部分都還有不少問(wèn)題亟待解決。
首先，制造出氫氣勢(shì)必要用容器進(jìn)行儲(chǔ)存，但是氣態(tài)氫氣需要高壓氣罐儲(chǔ)存，液態(tài)氫氣則需保持低溫，對(duì)容器的要求較高。其次，在運(yùn)輸過(guò)程中，由于氫氣的易燃易爆特性，也需要專門(mén)鋪設(shè)新的管道。這也就意味著想要實(shí)現(xiàn)氫燃料電池車的普及，需要建立一整套配套設(shè)施，前期投資成本過(guò)高。這也造成了氫燃料電池車推廣力度不大的現(xiàn)狀。
