1.1實(shí)驗(yàn)材料選擇

 

正極材料磷酸鐵鋰和鎳鈷錳配比為1∶1∶1的三元材料，負(fù)極選用MCMB，電解液選用EC、PC、EMC和DEC組成的混合溶劑，電解質(zhì)為LiPF6作為鋰鹽，隔膜選用單層PP25 μm。

 

1.2多孔膜電極與復(fù)合薄膜電極的制備

 

采用方形鋁殼LP2770102電池的殼、蓋及內(nèi)部相同的多極耳卷繞結(jié)構(gòu)，按照電池制作工藝分別制作正極材料為磷酸鐵鋰和三元材料的兩種電池。得到磷酸鐵鋰電池平均容量、內(nèi)阻、質(zhì)量分別為7.2 Ah、1.06 mΩ、361 g;三元材料平均電池8.6 Ah、1.12 mΩ、360 g。

 

1.3分析與測試

 

測試條件為:三元材料電池充放電電壓控制范圍為2.5~4.2 V，1 C =7.5 A，磷酸鐵鋰材料電池充放電電壓控制范圍為2.0~3.65 V，1 C =6.5 Ah，無特殊說明測試溫度為(25±2)℃。

 

2.1放電性能測試

相同體積電池，正極使用三元材料比使用磷酸鐵鋰材料放電容量高19.4%，比能量高37.5%，放電比功率高39.7%。由于三元材料質(zhì)量比容量、壓實(shí)密度均高于磷酸鐵鋰材料，所以使用三元材料電池放電有較大優(yōu)勢。

 

2.2充電性能比較

三元材料電池與磷酸鐵鋰材料電池在不大于10 C充電時，恒流充電容量/總?cè)萘勘壤裏o明顯差距，10 C以上倍率充電時，磷酸鐵鋰電池恒流充電容量/總?cè)萘勘壤^小，充電倍率越大，恒流充電容量/總?cè)萘勘壤c三元材料電池差距越明顯，這主要與磷酸鐵鋰在30%~80%SOC是電壓變化較小有關(guān)，如負(fù)極使用軟碳或硬碳，磷酸鐵鋰電池大倍率充電性能夠達(dá)到三元電池的水平。

 

2.3循環(huán)性能比較

 

三元材料電池循環(huán)3 900次剩余容量66%，磷酸鐵鋰電池循環(huán)5 000次剩余容量84%，循環(huán)壽命比三元材料電池，磷酸鐵鋰電池優(yōu)勢明顯。按照剩余容量/初始容量=80%作為測試結(jié)束點(diǎn)，目前三元材料電池實(shí)驗(yàn)室1 C循環(huán)壽命在2 500次左右，磷酸鐵鋰電池實(shí)驗(yàn)室1 C循環(huán)壽命在3 500次以上，部分達(dá)到5 000次以上。

 

2.4不同溫度放電測試

 

不同溫度電池的放電比較如圖4所示。在55 ℃條件下放電，三元材料電池與磷酸鐵鋰在常溫下比較，放電容量都沒有差別，-20 ℃條件下放電，三元材料電池放電容量/常溫容量比例比磷酸鐵鋰電池高15%，如表3所示。

 

本文通過制作相同結(jié)構(gòu)的電池，得出三元材料與磷酸鐵鋰材料在HEV電池應(yīng)用優(yōu)缺點(diǎn)，三元材料在電池比能量、比功率、大倍率充電、低溫性能等方面有優(yōu)勢，循環(huán)性能方面則是磷酸鐵鋰材料優(yōu)勢明顯，在安全方面磷酸鐵鋰電池也優(yōu)于三元材料。在選用電池時可根據(jù)不同用途選擇，如大巴車空間較大，對電池比能量和比功率要求相對較低，可選擇磷酸鐵鋰材料電池，發(fā)揮其循環(huán)性能好的特性，轎車空間有限，電池用量小，則選用高比能量與高比功率三元材料電池更為合適。三元鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展較先進(jìn)的是韓國、日本和中國。由于三元鋰電池能力密度高，續(xù)航里程相對較長，目前在乘用車領(lǐng)域的應(yīng)用成績斐然。但其在安全性、耐高溫性、壽命等方面存在不足，2016年工信部曾一度暫停三元鋰電池客車列入新能源汽車推廣應(yīng)用推薦車型目錄，又于2017年起正式解禁三元鋰電池客車使用，但要滿足《電動客車安全技術(shù)條件》。

 

　　目前在磷酸鐵鋰領(lǐng)域掌握較為成熟的量產(chǎn)技術(shù)的國家主要有美國、加拿大和中國。相比三元鋰電池，磷酸鐵鋰電池由于安全性能穩(wěn)定、高溫性能好、重量輕等優(yōu)勢，目前廣泛應(yīng)用于純電動客車。但其在低溫性能、 正極材料振實(shí)密度等方面存在不足，在工作效率方面不具備優(yōu)勢。

 

　　另外還有一種當(dāng)下備受市場關(guān)注的電池——鈦酸鋰電池。目前具備鈦酸鋰材料并達(dá)成動力和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的企業(yè)只有兩家，日本東芝和中國銀隆。鈦酸鋰電池是鋰電中壽命最長、安全性最高的電池，并且可以實(shí)現(xiàn)6分鐘快充放、-50℃-60℃耐寬溫。論生命周期，普通鋰離子電池約為1000-2000次循環(huán)，鈦酸鋰則是3萬次循環(huán)，是前者的15倍。但是這種材料的電池有一種天然的缺憾：能量密度偏低，制約了其續(xù)航里程，可鈦酸鋰快速充電的特性又很好地彌補(bǔ)了其續(xù)航里程不夠的短板，目前在商用車市場備受青睞。