詳解三元聚合物鋰電池優(yōu)缺點及正極材料
來源：寶鄂實業(yè)
2019-05-14 14:03
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三元聚合物鋰電池：正極材料使用鎳鈷錳酸鋰（Li（NiCoMn）O2）三元正極材料的鋰電池。據(jù)清華大學歐陽明高解釋：本次調(diào)查中所稱的"三元"材料，指的是正極是三元，負極是石墨的通常說法中的"三元動力電池"。而在實際研發(fā)應(yīng)用中，還有一種正極是三元，負極是鈦酸鋰的，通常被稱為"鈦酸鋰"，其性能比較安全，壽命比較長，不屬于普通所說的"三元材料。"
優(yōu)點三元鋰電池能量密度高，循環(huán)性能好于正常鈷酸鋰。目前，隨著配方的不斷改進和結(jié)構(gòu)完善，電池的標稱電壓已達到3.7V，在容量上已經(jīng)達到或超過鈷酸鋰電池水平。
缺點三元材料動力鋰電池主要有鎳鈷鋁酸鋰電池、鎳鈷錳酸鋰電池等，由于鎳鈷鋁的高溫結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，導致高溫安全性差，且pH值過高易使單體脹氣，進而引發(fā)危險，目前造價較高。
導讀：對比之下，三元聚合物鋰電池的確有著更優(yōu)于磷酸鐵鋰電池的特質(zhì)，然而為什么它的發(fā)展卻受到了阻礙呢？新能源汽車的發(fā)展關(guān)鍵，同樣是困擾著移動數(shù)碼產(chǎn)品的關(guān)鍵——電池的發(fā)展。如何在安全的情況下保證電池技術(shù)能夠滿足消費者日益成長的需求，不僅是汽車科技相關(guān)行業(yè)人員，還是科研工作者在全領(lǐng)域的追求。
說到要買新能源汽車，可能大部分的消費者第一時間想起的是“政策優(yōu)惠”，雖然這有點尷尬但確實是相當實在的原因。在國內(nèi)的銷售環(huán)境中，新能源汽車要打開局面，可不僅僅是因為“環(huán)保”這樣的任重道遠的使命感。新能源車在售價和養(yǎng)護成本上的優(yōu)勢的確吸引了大部分現(xiàn)階段仍然以用車成本為主的消費者的喜愛。
然而可能某些消費者的腳步會因為某些原因暫時停下對新能源車的好奇，這是因為多少都會被新能源車各種自燃的事件心有余悸。而這也正是筆者今天為什么要寫這篇文章的原因。須知道不了解新能源車的根本--能源模塊的優(yōu)劣，而且不了解使用過程中需要注意的事項的話，其實和買一顆定時炸彈放在身邊并沒有什么不同。
磷酸鐵鋰電池：業(yè)已成熟卻還不夠
磷酸鐵鋰電極材料是目前最安全的鋰離子電池正極材料，加上其循環(huán)壽命達到2000次以上，標準充電（5小時率）使用，可達到2000次的循環(huán)性特點，再加上由于產(chǎn)業(yè)成熟而帶來的價技術(shù)門檻和技術(shù)的下降，使得很多廠商出于各種因素考慮都會采用磷酸鐵鋰電池?？梢哉f新能源汽車的興起，和磷酸鐵鋰電池有著不可或分的關(guān)系。
不過，磷酸鐵鋰電池有一個致命性的缺點，那就是低溫性能較差，即使將其納米化和碳包覆也沒有解決這一問題。研究表明，一塊容量為3500mAh的電池，如果在-10℃的環(huán)境中工作，經(jīng)過不到100次的充放電循環(huán)，電量將急劇衰減至500mAh，基本就報廢了。這對于我國幅員遼闊，冬天低氣溫的確較多的綜合國情來說，的確不是一件好事。
此外，材料的制備成本與電池的制造成本較高，電池成品率低，一致性差，這也是導致很多純電動汽車續(xù)航能力并不能達到標稱值的重要原因。因此，我們可以看到國內(nèi)有不少的新能源汽車（無論是純電動還是混合電動），或者是一些比較廉價的新能源汽車，會出于不同的原因選擇磷酸鐵鋰電池?？梢哉f，磷酸鐵鋰電池的使用，對于新能源汽車量產(chǎn)落地以及推廣，都有著不可磨滅的奠基作用。
對比之下，三元聚合物鋰電池的確有著更優(yōu)于磷酸鐵鋰電池的特質(zhì)，然而為什么它的發(fā)展卻受到了阻礙呢？
三元聚合物鋰電池：不安分的未來
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)實際需要調(diào)整。三元鋰電池能量密度更大，但安全性經(jīng)常受到懷疑。
之所以會有這樣的原因是即便這兩種材料都會在到達一定溫度時發(fā)生分解，三元鋰材料會在更低的200度左右發(fā)生分解，而磷酸鐵鋰材料是在800度左右。并且三元鋰材料的化學反應(yīng)更加劇烈，會釋放氧分子，在高溫作用下電解液迅速燃燒，發(fā)生連鎖反應(yīng)。說簡單點，就是三元鋰材料比磷酸鐵鋰材料更容易著火。不過需要注意的是，我們提到的是材料，而不是已經(jīng)成為成品的電池。
正因為三元鋰材料有這樣的安全隱患，所以廠商也在努力往抑制產(chǎn)生事故的方向走。根據(jù)三元鋰材料容易熱解的特性，廠商在過充保護（OVP）、過放保護（UVP）、過溫保護（OTP）、過流保護（OCP）這幾個環(huán)節(jié)上都會下不少的功夫。所以自燃事件更多是應(yīng)該考量廠商在這幾個環(huán)節(jié)的功能是否落實到位，而不是簡單的因噎廢食。
那么這兩種電池現(xiàn)在的使用情況又是怎么樣的呢？讓我們來關(guān)注一組數(shù)據(jù)。去年11月，磷酸鐵鋰電池的電動大巴裝機量占到了64.9%，三元鋰電池裝機量只有27.6%。相反，在純電動乘用車市場，三元鋰電池在去年11月的裝機量超過76%。
可以看出，三元鋰電池自身能量密度更大的優(yōu)勢，應(yīng)該是要作為未來汽車新能源存儲設(shè)備而生的。而現(xiàn)在發(fā)生相關(guān)的安全事件，在新能源汽車的普及仍然處于初級階段的時候，可以稱得上是一件好事。很多新能源汽車相關(guān)企業(yè)為了能夠完成搶占市場和獲得政策支持的雙重目標，放寬技術(shù)要求，大量生產(chǎn)經(jīng)不起長時間反復(fù)使用的能源組件。汽車工作的環(huán)境是嚴苛的，長時間使用這些零部件，發(fā)生安全事故的原因難免大大增高。
因此我們可以認為在中國電動車百人會上工業(yè)和信息化部裝備司司長張相木發(fā)表要對三元鋰電池客車的安全性能進行評估，是國家有關(guān)部門有意從政策層面上進行一次標準的界定，以促進行業(yè)標準的產(chǎn)生。無論是對于消費者還是廠商，在未來都有著相當積極的意義。因此沒有必要因為在網(wǎng)上片面地看到三元鋰電池的安全事故消息就裹足不前，材料都是會有危險的，關(guān)鍵在于如何牢牢地控制。
