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    三元動力電池和鋰電池有什么區別

    鉅大LARGE  |  點擊量:9107次  |  2018年05月30日  

    摘要
     三元聚合物鋰電池是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰(Li(NiCoMn)O2)三元正極材料的鋰電池,三元復合正極材料前驅體產品,是以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料,里面鎳鈷錳的比例可以根據實際需要調整。

        三元聚合物鋰電池是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰(Li(NiCoMn)O2)三元正極材料的鋰電池,三元復合正極材料前驅體產品,是以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料,里面鎳鈷錳的比例可以根據實際需要調整。 


      三元鋰電池的特點是能量密度大,電壓更高,所以同樣重量的電池組電池容量更大,車子跑的距離也就更遠,速度也能更快。但是其弱點在于穩點性較差,如果內部短路或是正極材料遇水,都會有明火產生。所以一般18650電池都會有一層鋼殼保護,由于特斯拉的電池組是由7000塊左右的18650電池組合而成,所以,雖然特斯拉給電池組進行了全方位的保護,但是在極端的碰撞事故中,起火隱患還是有的。


      之所以這樣,原因是兩種材料在到達一定溫度時發生分解,三元鋰材料會在更低的200度左右發生分解,而磷酸鐵鋰材料是在800度左右。并且三元鋰材料的化學反映更加劇烈,會釋放氧分子,在高溫作用下電解液迅速燃燒,發生連鎖反應。說簡單點,就是三元鋰材料比磷酸鐵鋰材料更容易著火。不過需要注意的是,我們提到的是材料,而不是已經成為成品的電池。


      磷酸鐵鋰電池則要穩定許多,電池板就算是穿刺、短路也不會爆炸燃燒,遭到350℃的高溫也不會起火(三元鋰電池在180-250℃就扛不住了)。所以在安全性能上,磷酸鐵鋰電池略勝一籌。


      正因為三元鋰材料有這樣的安全隱患,所以廠商也在努力往抑制產生事故的方向走。根據三元鋰材料容易熱解的特性,廠商在過充保護(OVP)、過放保護(UVP)、過溫保護(OTP)、過流保護(OCP)這幾個環節上都會下不少的功夫。特斯拉之所以對于安全性有信心,就是因為它有一整套電池管理系統,能夠將活性更高的三元鋰電池管理地更好。當然,伴隨著越來越多的電池企業、車企還有專業的電池管理企業在這個領域的不斷研發,更多的企業也能做到優秀的電池管理,將安全性大大提升。


      能量密度是核心要素


      能量密度(Energydensity)是指在一定的空間或質量物質中儲存能量的大小。電池的能量密度也就是電池平均單位體積或質量所釋放出的電能。電池能量密度=電池容量×放電平臺/電池厚度/電池寬度/電池長度,基本單位為Wh/kg(瓦時/千克)。電池的能量密度越大,單位體積內存儲的電量越多。


      在這里,不得不說國家政策對于行業的指導性也是非常明確。2017年3月1日,中央四部委印發了《促進汽車動力電池產業發展行動方案》通知,明確指出了“將提高電池比能量作為今后的重點發展目標之一”。


      以下三點為重點:


      1.到2020年,鋰離子動力電池單體比能量大于300Wh/kg;系統比能量爭取達到260Wh/kg;成本小于1元/瓦時;使用環境達-30℃到55℃;具備3C充電能力。


      2.到2025年,單體比能量達500Wh/kg。


      3.力爭實現單體電池350Wh/kg、系統260Wh/kg的鋰離子電池產品產業化和整車應用。


      三元是指,鋰電池里面的正極材料名稱。三元材料是鎳鈷錳酸鋰Li(NiCoMn)O?,三元復合正極材料前驅體產品,是以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料,里面鎳鈷錳的比例可以根據實際需要調整,18650是指圓柱型電池外表尺寸:18指電池直徑18.0mm650指電池高度65.0mm,用在手機上的比較多。鋰電池比較通用,市場上的電池大多都是,在此不做詳述。


      三元是指,鋰電池里面的正極材料名稱。常規的電池正極材料是鈷酸鋰LiCoO2,三元材料則是鎳鈷錳酸鋰Li(NiCoMn)O2,三元復合正極材料前驅體產品,是以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料,里面鎳鈷錳的比例可以根據實際需要調整,三元材料做正極的電池相對于鈷酸鋰電池安全性高,但是平臺太低,用在手機上(手機截止電壓一般在3.4V左右)會有明顯的容量不足的感覺。18650是指圓柱型電池外表尺寸:18指電池直徑18.0mm650指電池高度65.0mm其他正極材料使用較多除了三元以外,有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、NCA等。


      鋰電池,指的是一個很廣泛的大類,凡是用到鋰材料的都可以叫做鋰電池。按照學名,我們平時所說的鋰電池應該叫鋰離子電池/鋰二次電池,有相應的負極材料。


      鋰離子電池的正極材料主要有鈷酸鋰LiCoO2、錳酸鋰LiMn2O4、鎳酸鋰LiCoxNiyMnzO2、三元材料、磷酸鐵鋰LiFePO4等。正極使用三元材料的稱為三元鋰電池;


      三元鋰電池主要優點是能量密度比其他材料高;


      三元鋰電池的正極材料又分為NCA鎳鈷鋁和NCM鎳鈷錳;


      三元材料中多數為NCM,一般我們提到的三元鋰電池指的是NCM。NCM國外代表廠商是SDI、SKI,在中國主要是力神、慧通天下、比克、萬向、德朗能等。特斯拉采用的是NCA18650型,NCA穩定性相對較強,且循環性能強;但是在制作過程中,由于Al為兩性金屬,不易沉淀,因此工藝上存在門檻。由于NCA中鋁的含量過少,因此也常稱為二元材料。


      三元材料NCM產品型號從111三元(N:C:M=1:1:1)到433,532,622,811。隨著鎳含量遞增,電池能量密度也相應得到了提十。


      三元鋰電池這個名稱很響亮,但具體的內容恐怕很多朋友并不清晰,需要留意下。三元正極材料在電池比能量、比功率、大倍率充電、低溫性能等方面有優勢,循環性能方面則是磷酸鐵鋰更好,但在寒冷環境中又變得更差。安全方面,磷酸鐵鋰本來是最理想的,但是三元鋰的不斷加強的電池管理技術加持下,逐漸得到提高。


      由此我們明白,在商用車領域,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,發揮其循環性能好的特性。而轎車空間有限,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。從適應政策的角度看,未來的能量密度要求更高,三元鋰電池的潛力將得到更大的發揮。


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