三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池誰(shuí)代表了未來(lái)電池的發(fā)展方向?
似乎這是一場(chǎng)已經(jīng)分出結(jié)果的戰(zhàn)爭(zhēng),尤其是國(guó)家補(bǔ)貼新政對(duì)電池能量密度提出要求之后,在小型乘用車領(lǐng)域,三元鋰電池已經(jīng)全面取代磷酸鐵鋰電池。但這是否能夠證明三元鋰電池比磷酸鐵鋰電池更加優(yōu)秀,代表了未來(lái)電池的發(fā)展方向?
☆先來(lái)了解鋰電池
我們現(xiàn)在使用的鋰電池都是鋰離子電池,此外還有鋰金屬電池,以鋰金屬或鋰合金作為負(fù)極材料的一種電池,最早在1912年便由Gilbert N. Lewis提出,當(dāng)時(shí)的鋰金屬電池為一次電池(不可充電),由于相比當(dāng)時(shí)的其他電池,鋰金屬電池對(duì)加工、保存的要求高,因而沒有成為主流。
而鋰離子電池則比鋰金屬電池年輕許多,它采用鋰的金屬氧化物作為正極,于20世紀(jì)70年代誕生,但直到90年代,隨著電子產(chǎn)品的快速發(fā)展,對(duì)高功率、高能量密度電池的需求增大,鋰離子電池才開始成為主流。并且,鋰金屬電池隨著技術(shù)發(fā)展,近來(lái)有開始復(fù)興的趨勢(shì),但還未形成潮流,本文主要討論的對(duì)象三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池均為鋰離子電池,除此之外,算上鈦酸鋰電池,這三種電池是主流的車用動(dòng)力電池。
☆鋰離子電池的結(jié)構(gòu)
鋰離子電池的主要結(jié)構(gòu)包括正、負(fù)極、電解液、隔膜和其他一些附件。其中正極材料是研究的重點(diǎn),三元鋰和磷酸鐵鋰均描述了鋰離子電池的正極材料。而當(dāng)前應(yīng)用的負(fù)極材料主要為石墨,結(jié)晶度高,導(dǎo)電性好,對(duì)鋰離子的容量大,達(dá)到了372mAh/g,大大超過(guò)了正極材料的容量,這也是為什么現(xiàn)在主要研究正極材料的原因。
鋰電池的電解液與傳統(tǒng)電池(鉛酸電池、鎳鎘電池等)不同,不采用以水為溶劑的電解液,因?yàn)樗牧死碚摲纸怆妷褐挥?.23V(想想上一期的燃料電池單電池理想電壓),因此,以水為電解液的電池電壓最高不過(guò)2V左右。而鋰電池的電壓在3-4V左右。常用的電解質(zhì)材料為無(wú)機(jī)陰離子鋰鹽,LiBF4、LiPF6、LiAsF6這三類。溶劑則有酯類、醚類和颯類。
隔膜則是起隔斷電子和透過(guò)離子作用,使電子必須從外電路遷移,而離子則可以通過(guò)電解液移動(dòng),保證外電路有電流通過(guò),防止電池內(nèi)短路。隔膜材料有單層PE、單層PP、三層PP等。
在UPS應(yīng)用方面,鉛酸電池的市場(chǎng)已經(jīng)被不斷蠶食。雖然小型UPS清一色地采用鉛酸電池,但是大中型UPS磷酸鐵鋰電池的采用比例不斷提高。從去年開始,中國(guó)移動(dòng)網(wǎng)通電信通信基站用電池已經(jīng)開始全部采用磷酸鐵鋰電池。作為基站用UPS,磷酸鐵鋰的價(jià)格優(yōu)勢(shì)已經(jīng)體現(xiàn)出來(lái)了,而且磷酸鐵鋰電池對(duì)高溫的容忍性比鉛酸電池要好,可以節(jié)約溫控費(fèi)用。
在電動(dòng)自行車應(yīng)用方面,磷酸鐵鋰電池自行車價(jià)格與鉛酸電池自行車價(jià)格差距很大,選擇權(quán)在消費(fèi)者手中,而且自行車電池質(zhì)量良莠不齊,跑了幾十公里電池容量就衰減得不行的情況也不少。
在電站儲(chǔ)能方面,磷酸鐵鋰電池已經(jīng)完全碾壓了鉛酸電池,但是目前還沒有能夠完全滿足電網(wǎng)級(jí)需求的儲(chǔ)能技術(shù),只能說(shuō)矬子里拔大個(gè)兒。
最后,磷酸鐵鋰的生產(chǎn)在國(guó)外是有專利糾紛的,這也是國(guó)外電動(dòng)汽車普遍采用三元正極材料鋰電池的一個(gè)原因。
磷酸鐵鋰電池的壽命未必比鉛酸電池長(zhǎng)4-5倍,以現(xiàn)在技術(shù)含量比較高的鉛酸電池來(lái)說(shuō),壽命達(dá)到5年沒有問(wèn)題。而鋰電池由于負(fù)極材料石墨存在結(jié)構(gòu)坍塌的問(wèn)題,即使擱置五年不使用也會(huì)報(bào)廢。不同質(zhì)量的電池也沒法比較,南孚和東方星可差得遠(yuǎn)著呢。
P.S. 鋰電池生產(chǎn)污染跟鉛酸電池沒法比,但絕對(duì)稱不上環(huán)保。
















