鉅大LARGE | 點擊量:1016次 | 2020年04月30日
想買電動汽車的看看!三元鋰離子電池/磷酸鐵鋰離子電池技術(shù)解析
最近,雙積分政策的改變,讓混動車或者說日系混動車有了更好的生存環(huán)境。原因在于此前的雙積分政策下,混動車跟普通燃油車是相同的地位,不能獲得積分,車企假如不夠積分要向其他車企購買;如今政策修改以后,混動車型或者說HEV車型也能獲得一定的積分,這關(guān)于擅長制造HEV車型的車企帶來生機,只有車企通過這些車型生存下來,消費者才有可能購買到好的產(chǎn)品,形成良性循環(huán)。
制造HEV車型重要是日系廠家,其中日系廠家重要以豐田和本田為主。豐田早在1998年就開始研發(fā)混動技術(shù),最初使用在普銳斯上,如今THS已經(jīng)發(fā)展到第四代,無論是電機還是電池或者是電控都比第一代有長足的進步。車型也從當(dāng)初的普銳斯發(fā)展到今天我們身邊的雷凌混動、卡羅拉混動等車型。
電池是我們今天討論的重要內(nèi)容,雖然電池技術(shù)不斷增進,但是電池的材料始終大致是這幾種:三元鋰離子電池、鎳氫電池、磷酸鐵鋰離子電池。豐田在此前的混動車型上幾乎都是使用鎳氫電池,而我國目前三元鋰離子電池是主流選擇,也存在一些磷酸鐵鋰離子電池的小部分車型。但豐田最新在我國推出的插電混動雷凌和卡羅拉則轉(zhuǎn)而使用三元鋰離子電池作為電池組單體,個中原因是什么?
長久以來豐田使用的鎳氫電池正極物質(zhì)為氫氧化鎳,負極物質(zhì)為金屬氫化物,電解液為6mol/L的氫氧化鉀溶液。其中鎳氫電池分為高壓鎳氫電池和低壓鎳氫電池兩種,而我們民用的一般是低壓鎳氫電池。低壓鎳氫電池有以下優(yōu)點:低溫性能好,可快速充放電;可密封,耐過充、放電能力強;無樹枝狀晶體出現(xiàn),電池內(nèi)部較為穩(wěn)定;對環(huán)境無污染,記憶效應(yīng)不明顯。
其中,無樹枝狀晶體生成,關(guān)于車輛電池的安全性是相當(dāng)重要的因素。要了解,很多三元鋰離子電池就是因為鋰枝晶的問題導(dǎo)致電池組內(nèi)部薄膜被刺穿,引起電池短路,進而發(fā)生險情,而鎳氫電池完全沒有這種隱患。此外,無記憶效應(yīng)也是電池的重要性能指標(biāo),由于沒有記憶效應(yīng),電池能夠盡可能保持高性能運作,而不會因為一次兩次過度充放電而導(dǎo)致永久性損傷。
此外,混動車的電池一般會在40%-60%之間充放電,普通鋰離子電池的充放周期是500次,性能優(yōu)異的可以達到2000次,而鎳氫電池可以輕松超越這個數(shù)字。
此外,鎳氫電池有著較好的一致性和安全性,因此在電池的管理上不用使用諸如鋰離子電池上面的各種保護板、平衡裝置;而鎳氫電池可以將多節(jié)電池串聯(lián)作為同一個部分統(tǒng)一管理,無需對每一節(jié)電池單體采集數(shù)據(jù),所以在電池管理上能夠節(jié)省許多部件,成本控制更加出色。
鎳氫電池的低溫性能比鋰離子電池有優(yōu)勢,雖然同樣宣稱-30℃-60℃的工作范圍,但是低溫充電的時候鋰離子電池會出現(xiàn)析鋰現(xiàn)象,造成不可逆的傷害,而鎳氫電池則沒這方面困擾。但是!鎳氫電池也不是沒有缺點。鎳氫電池的能量密度只有40-70Wh/kg,這個數(shù)值只有磷酸鐵鋰離子電池的一半,三元鋰離子電池的三分之一,能量密度低是鎳氫電池沒有在我國市場普及的直接原因。
關(guān)于pHEV和EV車型來說,關(guān)于電池容量的要求較大,鎳氫電池的低能量密度不能滿足pHEV車型的要求,所以只能使用三元鋰離子電池作為電量儲存部件。弊端是要密切監(jiān)控電池組的狀態(tài),此外,三元鋰離子電池在受到撞擊以后會損壞電池隔膜,引起短路,短路會造成電池?zé)崾Э?,并且迅速升溫,電池燃燒出現(xiàn)的濃煙關(guān)于環(huán)境有嚴重污染,并會對人體的呼吸系統(tǒng)有危害。
上圖為騰勢500的磷酸鐵鋰離子電池組
此外,在新能源汽車發(fā)展初期還使用過磷酸鐵鋰離子電池。磷酸鐵鋰離子電池相比起三元鋰離子電池最大的優(yōu)勢在于安全性高以及較長的循環(huán)壽命。由于磷酸鐵鋰的化學(xué)穩(wěn)定性好,高溫穩(wěn)定性強,700-800℃才會開始發(fā)生分解,面對撞擊、針刺、短路等極限情況不會釋放氧分子,所以不會從內(nèi)部加劇燃燒,安全性自然比三元鋰離子電池高。
磷酸鐵鋰離子電池的缺點在于受溫度影響較大,特別是低溫情況下,放電能力和容量都會大幅度降低,特別是在東北這種冬天極寒的天氣,嚴重影響車輛的性能。此外,磷酸鐵鋰離子電池的能量密度較低,僅計算電池重量的能量密度只有120Wh/kg,假如計算上整個電池組部件,就更加低了,不能達到國務(wù)院公布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》里面提出的“電池模塊能量密度要求是大于150Wh/kg”的要求,所以目前磷酸鐵鋰離子電池逐漸被三元鋰離子電池取代。
安全性角度排名:鎳氫電池>磷酸鐵鋰離子電池>三元鋰離子電池
能量密度排名:三元鋰離子電池>磷酸鐵鋰離子電池>鎳氫電池
有關(guān)為何豐田在HEV車型(普銳斯、凱美瑞混動)使用鎳氫電池,在pHEV車型(卡羅拉、雷凌插電混動)上使用三元鋰離子電池?唯一的解釋就是鎳氫電池不能讓車輛達到國家要求的純電續(xù)航里程標(biāo)準(zhǔn)——50km。假如插電混合動力車型不能達到50km的純電續(xù)航里程,那么就不能獲得插電混動車專屬的新能源牌照,那么最終就會變得毫無意義。
面對三元鋰離子電池車輛事故頻發(fā),是否有必要“趕鴨子上架”?過分追求更高的能量密度?雖然嚴格的法規(guī)有助于促進公司的研發(fā)能力,提升產(chǎn)品性能,但人民生命安全和產(chǎn)品的性能該如何抉擇相信在座各位心中有數(shù)。此外,車廠在此背景下應(yīng)該加強自身產(chǎn)品的監(jiān)控能力,嚴格監(jiān)控好每一塊電池的工作狀態(tài),將事故扼殺在搖籃之中,這不僅是對車主負責(zé),更是對社會的責(zé)任。