詳解動(dòng)力電池技術(shù)及其對電動(dòng)汽車充電技術(shù)的影響
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-22 17:09
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現(xiàn)在三元正極材料的各方面性能已經(jīng)相當(dāng)棒了，是鋰電王國當(dāng)之無愧的儲(chǔ)君。
而磷酸鐵鋰和錳酸鋰只能算是平民出身的狀元和將軍了，鐵錳那是相當(dāng)便宜了，不過恰恰因?yàn)槌杀镜?，同時(shí)還有不少優(yōu)點(diǎn)，被視為未來動(dòng)力電池的兩大先鋒，大有逆襲之勢。
磷酸鐵鋰LFP材料能量密度最低，功率、循環(huán)壽命和安全性最優(yōu)，成本居中。
NCM/NCA三元材料的能量密度最有優(yōu)勢，功率居中，循環(huán)壽命不輸于LFP，安全性一般，成本有點(diǎn)高。
總體來說，三元材料(NCM/NCA)比磷酸鐵鋰容量大、電壓平臺(tái)高、振實(shí)密度大、低溫性能好；而磷酸鐵鋰（LFP）有著三元材料無法比擬的循環(huán)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。
目前商品化的電池大多采用石墨負(fù)極材料，近幾年尖晶石鈦酸鋰材料( Li4Ti5O12，LTO)在倍率性能和循環(huán)性能上表現(xiàn)十分突出，被視為下一代負(fù)極材料的熱門候選。
三、鋰離子電池在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用
以北汽、比亞迪等11家企業(yè)在北京市備案銷售二十多款的主要車型為例，除未明確公布類型的鋰離子電池外，9款車型用的是磷酸鐵鋰電池，15款用的是三元鋰電池，當(dāng)然市場上還有少量車型，例如啟辰晨風(fēng)，采用的是錳酸鋰離子電池。
從總體趨勢來看，除了比亞迪外，大多數(shù)廠商已經(jīng)全面轉(zhuǎn)向三元了，北汽雖然在EV160仍然保持磷酸鐵鋰技術(shù)，但是在新推出的EU260等已轉(zhuǎn)向三元鋰，預(yù)計(jì)未來2年國內(nèi)廠商推出的新能源汽車會(huì)絕大部分選用三元鋰電池，一直專注于磷酸鐵鋰電池的比亞迪最新研究的磷酸鐵錳鋰電池突破了傳統(tǒng)的磷酸鐵鋰電池的能量密度限制，達(dá)到了三元材料水平（質(zhì)量能量密度約為150Wh/kg）。
四、鈦酸鋰電池又是怎么回事？
目前無論消費(fèi)電子產(chǎn)品還是電動(dòng)汽車使用的鋰離子電池，負(fù)極材料都是層狀石墨。
石墨價(jià)格便宜量又足，導(dǎo)電性高，耐腐蝕，所以雖然碳材料家族的后生足球烯（C60）、碳納米管和石墨烯風(fēng)風(fēng)火火的來，最后都在產(chǎn)業(yè)化大熔爐的熊熊烈火中退避三舍或舉步維艱。
市場角度
鈦酸鋰動(dòng)力電池在電動(dòng)汽車市場上的應(yīng)用主要以新能源客車和公交為主。
技術(shù)角度
尖晶石鈦酸鋰材料，是一種“零體積應(yīng)變”材料，具備超長的循環(huán)壽命。它充放電電壓平穩(wěn)有效避免了電池短路的安全隱患，極大地提高電池的安全性。
然而由于材料的導(dǎo)電性差，嚴(yán)重限制了鈦酸鋰的倍率性能。另外，在充放電臨近結(jié)束時(shí)，存在電壓的突升降現(xiàn)象，難以進(jìn)行基于電壓的荷電狀態(tài)預(yù)測，給能量體系的高效管理帶來極大的難度。而且，鈦酸鋰（LTO）材料用于電池開發(fā)始于20世紀(jì)90年代，其作為負(fù)極材料應(yīng)用，相對碳負(fù)極有較大的優(yōu)勢，近年來受到很大的關(guān)注，但卻未能一直在乘用車領(lǐng)域有所發(fā)展
如果此項(xiàng)技術(shù)不能應(yīng)用于乘用車領(lǐng)域，僅僅還立足于新能源客車和公交，那并不會(huì)對電動(dòng)汽車領(lǐng)域的電池技術(shù)升級(jí)帶來多大影響。
未來，在電動(dòng)汽車領(lǐng)域鈦酸鋰和磷酸鐵鋰、三元鋰三足鼎立的局面是否會(huì)出現(xiàn)仍然有待深究。正極材料研究瓶頸之下轉(zhuǎn)向研究負(fù)極材料不失為一種策略，但是是否能夠行之有效還得看能量密度問題是否能夠解決。
充電技術(shù)的發(fā)展伴隨著鋰電池的發(fā)展。而鋰電池自誕生到現(xiàn)在，似乎越來越難有突破，為了保證鋰電池的使用壽命能夠達(dá)到2000次左右，一直以來要求優(yōu)先使用“慢充”模式(充電時(shí)間大都在6-8個(gè)小時(shí))，對于有著快充需求的用戶極大降低了使用體驗(yàn)。
現(xiàn)在鈦酸鋰能夠引起廣泛的關(guān)注和討論無非就是因?yàn)槠湓?ldquo;快充”、“功率型”方面的極大優(yōu)勢。
大功率快速充電技術(shù)的發(fā)展趨勢：
鈦酸鋰的功率型優(yōu)勢是靠犧牲能量密度得來的（以前裝100kg電池，現(xiàn)在如果還想跑那么遠(yuǎn)，就要裝200kg），如果算單位能量(RMB/Wh)價(jià)格，鈦酸鋰比較缺乏競爭力。
但鈦酸鋰電池在客車及公交車領(lǐng)域的成功應(yīng)用表明在特定車型或應(yīng)用場景下，鈦酸鋰可快充的獨(dú)特性也有其可進(jìn)行商業(yè)化應(yīng)用的價(jià)值。
重慶電力公司已研制出了適用于鈦酸鋰電池充電的高電壓（750V）、大電流（600A）、大功率（450kW）的直流充電系統(tǒng)，8分鐘可充到電池容量的80%，10分鐘可充到100%，并在重慶渝北、南岸等區(qū)實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用兩年以上。
隨著電動(dòng)汽車快充需求的加大，將出現(xiàn)更多的大功率直流充電設(shè)備，需要研究攻克充電過程中的熱管理技術(shù)、充電安全等技術(shù)，保證大功率充電在溫度和時(shí)間限值內(nèi)工作，減少充電危險(xiǎn)事故的發(fā)生。
電池能量密度的提升和快充技術(shù)的發(fā)展均是為提升電動(dòng)汽車用戶體驗(yàn)而服務(wù)的，相信隨著電池技術(shù)及充電技術(shù)的發(fā)展與推廣，實(shí)現(xiàn)車用動(dòng)力電池更快速、更高效充電和長壽命運(yùn)行，電動(dòng)汽車市場將更加火熱。
