什么是三元鋰電池？

 

在自然界中，鋰元素是最輕的、原子質(zhì)量最小的金屬，鋰化學(xué)性質(zhì)活潑，極易失去電子被氧化為Li+，標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-3.045V，電化學(xué)當(dāng)量為0.26g/Ah，鋰元素的這些特點決定了它是一種具有很高比能量的材料。三元鋰電池是指采用鎳鈷錳三種過渡金屬氧化物為正極材料的鋰二次電池。它充分綜合了鈷酸鋰良好的循環(huán)性能、鎳酸鋰的高比容量和錳酸鋰的高安全性及低成本等特點，利用分子水平混合、摻雜、包覆和表面修飾等方法合成鎳鈷錳等多元素協(xié)同的復(fù)合嵌鋰氧化物，是目前被廣泛研究和應(yīng)用的一種鋰離子可充電電池。

 

理論壽命僅是中等水平

 

三元鋰電池壽命是在使用到一定程度后，容量衰減程度比例所計算的，直接到容量壽命為零終止。業(yè)內(nèi)算法一般是三元鋰電池充滿電之后放電一次，這叫循環(huán)壽命。在使用過程中，鋰電池內(nèi)部發(fā)生不可逆化學(xué)反應(yīng)會造成電池容量的下降，比如使用不當(dāng)?shù)那闆r，或者極高溫或者極低溫情況下使用。比如電解液的分解，活性材料的失活，正負(fù)極結(jié)構(gòu)的坍塌導(dǎo)致鋰離子嵌入和脫嵌的數(shù)量減少等等。實驗標(biāo)明，更高倍率的放電會導(dǎo)致容量更快的衰減，如果放電電流較低，電池電壓會接近平衡電壓，能釋放出更多的能量。

 

三元鋰電池理論壽命為1200次完全充放電，也就是完全循環(huán)壽命，按使用頻率來說，三天一次完全充放電，一年120次完全充放電，三元鋰電池使用壽命達到十年，即使使用過程中有損耗或者充放電天數(shù)減少，也可以達到八年，注意，這里說的是容量壽命，在八年之后三元鋰電池的容量還會有百分之六十以上，這是標(biāo)準(zhǔn)性所在。

 

三元鋰電池的理論壽命，在商業(yè)化的可充電鋰電池中屬于中等。磷酸鐵鋰約為2000次，而鈦酸鋰據(jù)說可以達到1萬次循環(huán)。目前主流的電池廠家在其生產(chǎn)的三元電芯規(guī)格書中承諾大于500次（標(biāo)準(zhǔn)條件下充放電），但是電芯在配組做成電池包后，由于一致性問題，主要是電壓和內(nèi)阻不可能完全一樣，其循環(huán)壽命大約為400次。廠家推薦SOC使用窗口為10%~90%，不建議進行深度充放電，不然會對電池的正負(fù)極結(jié)構(gòu)造成不可逆的損傷，若是以淺充淺放來計算的話，循環(huán)壽命至少有1000次。另外，鋰電池若是經(jīng)常在高倍率和高溫環(huán)境下放電，電池壽命會大幅下降到不足200次。

動力電池選擇磷酸鐵鋰電池好還是三元鋰電池好?動力磷酸鐵鋰電池作為電動汽車、電動自行車、儲能等新能源產(chǎn)業(yè)最重要組成部分，對進一步促進和提升企業(yè)的技術(shù)水平起關(guān)鍵作用，但是近幾年來隨著三元鋰電池技術(shù)快速發(fā)展，給鋰電池的產(chǎn)業(yè)帶來了一定的沖擊力。三元材料鋰電池則有可能代替磷酸鐵鋰電池，成為汽車動力電池發(fā)展主流趨勢。

 

磷酸鐵鋰電池：

 

就是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。這一類電池的特點是不含貴重金屬元素（比如鈷等）。由于不含有貴重金屬材料，磷酸鐵鋰電池的原材料成本就可以被壓縮的非常低廉。在實際使用中，磷酸鐵鋰電池具有耐高溫，安全穩(wěn)定性強，價格便宜，循環(huán)性能更好的優(yōu)勢。

 

三元鋰電池：

 

是指使用鎳鈷錳酸鋰做為正極材料，石墨作為負(fù)極材料的鋰電池。與磷酸鐵鋰不同，三元鋰電池電壓平臺很高，這也就意味著在相同的體積或是重量下，三元鋰電池的比能量、比功率更大。除此之外，在大倍率充電、和耐低溫性能等方面，三元鋰電池也有很大的優(yōu)勢。

 

動力電池選擇磷酸鐵鋰電池好還是三元鋰電池好?

 

 

目前國內(nèi)的動力電池主要分為兩個派系，根據(jù)正極材料的不同分為磷酸鐵鋰派和三元材料派。小編覺得未來動力電池更多的還是會選擇磷酸鐵鋰電池。

 

①在技術(shù)路線方面，越來越多的增程式電動汽車開始采用磷酸鐵鋰電池，不但能提高車輛的安全性，還可以降低整車制造的成本，助力增程式電動汽車擴大在新能源汽車市場的份額。舉例來說，電池容量為25Ah、電壓為48V的動力電池，磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池的最低市場報價一般為1020元和1210元。

 

②在儲能市場方面，得益于一些動力電池企業(yè)開始布局儲能業(yè)務(wù)，磷酸鐵鋰的市場需求開始擴增。據(jù)國際市場研究機構(gòu)GTMResearch的儲能報告顯示，2018年鋰電池價格下降幅度變緩，中國的電網(wǎng)側(cè)儲能項目的應(yīng)用卻使磷酸鐵鋰電池用量持續(xù)增加。

 

③另一方面，隨著技術(shù)的不斷提升，目前部分磷酸鐵鋰電池能量密度已達到三元NCM523的水平(主流的NCM523電池能量密度為160-200Wh/kg)，已基本達到補貼最高要求。且相較于三元鋰電池，磷酸鐵鋰電池在穩(wěn)定性方面更具優(yōu)勢。

 

④最后是補貼的大幅下滑，磷酸鐵鋰之所以在原材料的供應(yīng)和價格方面具有低風(fēng)險性，是因為不需要用到鈷等貴重金屬，這將有助于電池生產(chǎn)企業(yè)在一定程度上減少成本壓力。

 

三元鋰電池更適合家用電動汽車：

 

①不同于體積龐大的電動巴士，對于家用電動汽車來說，空間永遠是第一位的。能量密度較低的磷酸鐵鋰電池將會占據(jù)原本就不多的汽車空間，并且由于更重的質(zhì)量，在使用時的放電續(xù)航也會受到比較大的影響。相對而言能量密度較高的三元鋰電池在解決重量問題的同時也為家庭用車節(jié)省出了空間。

 

②除了續(xù)航之外，充電也是電動汽車在實際使用中的重要環(huán)節(jié)，而三元鋰電池在充電效率方面較磷酸鐵鋰電池有著非常大的優(yōu)勢。目前市面上較為常見的充電方式為恒流恒壓式充電。一般在充電開始時先采用恒流充電，此時的電流較大，充電效率相對更高。而在電壓達到一定數(shù)值之后，降低電流改為恒壓充電，這樣可以讓電池充的比較滿一些。

 

③足夠安全的材料和工藝，傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車中危害最大的部分是蘊含巨大能量的燃料，像汽油這樣燃點低易爆炸的液態(tài)燃料一旦泄露就非常容易造成極大的安全隱患。而新能源汽車的動力三元鋰電池，經(jīng)過完善的電池管理系統(tǒng)（BMS）監(jiān)控，每一顆電池都能得到最準(zhǔn)確的控制，預(yù)防事故的產(chǎn)生。

 

磷酸鐵鋰電池是公認(rèn)安全性能最好的電池；其次，電池容量大，能量比更高；由于電池內(nèi)阻小，還可直接降低電池的發(fā)熱。磷酸鐵鋰電池和三元材料電池是新能源汽車所用的動力鋰電池兩大路徑，前者應(yīng)用于國內(nèi)大部分新能源汽車，而后者則應(yīng)用于特斯拉等車型。

 

綜合：磷酸鐵鋰電池安全性、壽命、電池自身性能等方面因素，和三元鋰電池在比容量高能量比上的特點，未來磷酸鐵鋰電池和三元電池的行業(yè)競爭將會持續(xù)并且越來越炙熱化。

 

磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池的比較：

 

⒈能量密度比較

 

磷酸鐵鋰電池單體，能量密度為120Wh/kg，成組后為80Wh/kg；三元鋰電池單體，能量密度為180Wh/kg，成組后能量密度為110Wh/kg。從數(shù)據(jù)上來看，在能量密度方面，三元鋰電池優(yōu)于磷酸鐵鋰電池。

 

⒉安全性

 

三元鋰電池液態(tài)電解質(zhì)易燃易爆，在長期使用過程中容易觸發(fā)“熱失控”，在充放電過程中鋰枝晶的生長容易刺破隔膜，引起電池短路，造成安全隱患。而磷酸鐵鋰電池在實際使用中具有耐高溫、安全穩(wěn)定性強、循環(huán)性能更好的優(yōu)勢。