磷酸鐵鋰鋰電池與三元鋰電池的性能有什么區(qū)別？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-07-17 09:57
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所謂磷酸鐵鋰電池，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(diǎn)是不含貴重金屬元素(比如鈷等)。在實(shí)際使用中，磷酸鐵鋰電池具有耐高溫，安全穩(wěn)定性強(qiáng)，價(jià)格便宜，循環(huán)性能更好的優(yōu)勢(shì)。
而三元材料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(tái)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(shì)。
鐵鋰標(biāo)稱電壓3.2-3.3V，錳系3.6-3.7V，這個(gè)是最明顯的區(qū)別。鐵鋰體系的優(yōu)點(diǎn)：理論壽命長(zhǎng)，理論耐過(guò)充過(guò)放性能優(yōu)良。三元體系的優(yōu)點(diǎn)：能量密度高，低溫性能好，體積小，放電線性好。鐵鋰的缺點(diǎn)：體積大，重量大，放電線性不好，低溫性能差。
三元體系的缺點(diǎn)：循環(huán)壽命略差，高溫條件下壽命差。
單論電池，也沒(méi)有所謂的誰(shuí)更好誰(shuí)更差。只是套用到實(shí)際使用場(chǎng)景中，三元鋰電池相比磷酸鐵鋰電池，更加適應(yīng)現(xiàn)在以及未來(lái)的家用電動(dòng)汽車。
三元材料電池更適合乘用車
低溫放電性能更好
我國(guó)幅員遼闊，氣候復(fù)雜，從最北端的東北三省到最南端的海南諸島溫度變化非常豐富。以北京為例，作為電動(dòng)汽車的主力市場(chǎng)，北京夏季最高溫度在40℃左右，而冬季則基本保持在零下16℃左右，甚至更低。這樣的溫度區(qū)間顯然適合低溫性能更佳的三元鋰電池。而注重耐高溫性能的磷酸鐵鋰電池在北京的冬季會(huì)顯得有些乏力。
“相對(duì)25℃容量”是指不同溫度條件下放電容量與25℃時(shí)放電容量的比值。該數(shù)值能夠準(zhǔn)確反映出電池在不同溫度條件下續(xù)航的衰減，越接近100%，電池表現(xiàn)越好。
從上圖中能夠看出，以25℃為基準(zhǔn)常溫，兩類電池在55℃高溫下放電與常溫25℃下放電，放電容量幾乎沒(méi)有差別。但在零下20℃時(shí)，三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池相比有比較明顯的優(yōu)勢(shì)。
能量密度更高
根據(jù)國(guó)內(nèi)三元材料18650圓柱電池龍頭企業(yè)——比克電池提供的資料，其18650電池的能量密度已經(jīng)達(dá)到了232Wh/kg，后續(xù)將會(huì)進(jìn)一步提高至293Wh/kg。而相比之下，目前國(guó)內(nèi)主流的磷酸鐵鋰電池能量密度也僅達(dá)到150Wh/kg左右，據(jù)國(guó)內(nèi)電池行業(yè)專家剖析，未來(lái)幾年之內(nèi)，磷酸鐵鋰電池的能量密度能夠達(dá)到300Wh/kg的希望非常渺茫。
不同于體積龐大的電動(dòng)巴士，對(duì)于家用電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)，空間永遠(yuǎn)是第一位的。能量密度較低的磷酸鐵鋰電池將會(huì)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(shí)的放電續(xù)航也會(huì)受到比較大的影響。相對(duì)而言能量密度較高的三元鋰電池在解決重量問(wèn)題的同時(shí)也為家庭用車節(jié)省出了空間。
充電效率更高
除了續(xù)航之外，充電也是電動(dòng)汽車在實(shí)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(shì)。
目前市面上較為常見(jiàn)的充電方式為恒流恒壓式充電。一般在充電開(kāi)始時(shí)先采用恒流充電，此時(shí)的電流較大，充電效率相對(duì)更高。而在電壓達(dá)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。在這個(gè)過(guò)程中，恒流充電容量與電池總?cè)萘康谋戎?，稱為恒流比。它是衡量一組電池在充電過(guò)程中充電效率的關(guān)鍵數(shù)值。通常百分比越大說(shuō)明在恒流階段充入的電量越高，也就證明該電池的充電效率更高。
從表中可以看出，三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池在10C以下充電時(shí)，恒流比無(wú)明顯差距，10C以上倍率充電時(shí)，磷酸鐵鋰電池恒流比例迅速降低，充電效率迅速降低。
循環(huán)壽命有保障
對(duì)于家庭用車來(lái)說(shuō)，三元材料和磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的額定循環(huán)壽命都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了實(shí)際用戶的使用習(xí)慣，因此在使用壽命上可以完全放心。此外，磷酸鐵鋰電池在熱穩(wěn)定性方面也有著一定的優(yōu)勢(shì)，在所有鋰電池中，磷酸鐵鋰電池的熱穩(wěn)定性最佳。其電熱峰值可達(dá)350-500℃，當(dāng)溫度達(dá)到500℃左右時(shí)，內(nèi)部化學(xué)成分才開(kāi)始分解。這樣的特性也使得磷酸鐵鋰電池的安全性得到了保證。
磷酸鐵鋰電池得到廣泛推廣的原因還在于其較低的成本，眾所周知，電池成本在一輛純電動(dòng)汽車的總成本中占比極大，降低電池成本是提升車輛性價(jià)比最有效的方式之一。對(duì)于磷酸鐵鋰電池來(lái)說(shuō)，其不含鈷等貴重元素，原料為資源含量豐富的磷、鐵，所以成本相對(duì)容易控制。
磷酸鐵鋰能量密度不占優(yōu)勢(shì)
雖然磷酸鐵鋰電池有著上述優(yōu)點(diǎn)，不過(guò)它也存在一些缺點(diǎn)，使得近兩年車企紛紛拋棄磷酸鐵鋰電池轉(zhuǎn)而使用三元鋰電池。其中最主要的一項(xiàng)就在于，此類電池的能量密度較低，相同續(xù)航里程下，采用磷酸鐵鋰電池的車輛自重更高，而過(guò)高的自重對(duì)于能耗的控制顯然是不利的。另外，我國(guó)的新能源政策也在逐年提高對(duì)于能量密度的要求，受限于材料本身的特性，磷酸鐵鋰電池的能量密度很難得到提高，這也是其被棄用的原因之一。
下面咱們來(lái)說(shuō)說(shuō)最近主流的一類電池——三元鋰電池。
三元鋰電池是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰三元正極材料的鋰電池。相比磷酸鐵鋰電池，三元鋰電池的綜合表現(xiàn)更為平均，能量密度較高，體積比能量也更高，并且隨著電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，三元鋰電池的價(jià)格也來(lái)到了一個(gè)廠家能夠接受的范圍。
三元鋰電池綜合表現(xiàn)均衡
三元鋰電池最大的優(yōu)勢(shì)在于電池能量密度高，其儲(chǔ)能密度通常在200Wh/kg以上，相對(duì)于磷酸鐵鋰的90-120Wh/kg來(lái)說(shuō)，這樣的表現(xiàn)對(duì)于輕量化設(shè)計(jì)更加友好，也更適合現(xiàn)階段新能源乘用車市場(chǎng)對(duì)續(xù)航里程的需求。
三元鋰電池的缺點(diǎn)也同樣突出，其分解溫度在250-350℃左右，此時(shí)內(nèi)部化學(xué)成分開(kāi)始分解，釋放氧分子，在高溫作用下電解液會(huì)迅速燃燒，增加電池發(fā)生自燃及爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。因此搭載三元鋰電池的車型對(duì)電池管理系統(tǒng)提出了極高的要求，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要做好過(guò)充保護(hù)、過(guò)放保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)和過(guò)流保護(hù)等。不過(guò)隨著技術(shù)的進(jìn)步，尤其是在應(yīng)用了陶瓷隔膜之后，三元鋰電池的安全問(wèn)題已得到改善，由于其出色的綜合表現(xiàn)，目前在市場(chǎng)上得到了大量應(yīng)用。
