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21年專(zhuān)注鋰電池定制

深入分析那些聽(tīng)上去很牛的新能源汽車(chē)電池技術(shù)

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:2394次  |  2020年07月18日  

目前,市面上使用的電池重要有兩大類(lèi),磷酸鐵鋰離子電池三元鋰離子電池(這兩者都屬于蓄電池)。很多車(chē)友的固有觀念中都認(rèn)為前者要比后者安全,到底是不是這么回事兒呢?往下看。


說(shuō)到電動(dòng)汽車(chē),最值錢(qián)的肯定就是那塊兒電池了,這也是為何新能源汽車(chē)指導(dǎo)價(jià)要比同級(jí)別燃油車(chē)高出一大截的原因啊。


只是,電動(dòng)汽車(chē)的電池對(duì)大部分車(chē)友來(lái)說(shuō)還只是一個(gè)概念,它究竟有什么分類(lèi)、各自有怎么樣的優(yōu)缺點(diǎn)、有什么新興的電池技術(shù)等,你都門(mén)兒清嗎?今兒,小編就給各位深扒一下那些聽(tīng)上去很牛逼的新能源汽車(chē)電池技術(shù),到底像不像他們所宣傳的那樣令人期待呢?


目前,市面上使用的電池重要有兩大類(lèi),磷酸鐵鋰離子電池和三元鋰離子電池(這兩者都屬于蓄電池)。很多車(chē)友的固有觀念中都認(rèn)為前者要比后者安全,到底是不是這么回事兒呢?往下看。


磷酸鐵鋰離子電池


磷酸鐵鋰離子電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池,其不含貴重金屬元素(比如鈷等)。由于不含貴重金屬材料,磷酸鐵鋰離子電池的原材料成本就能被壓縮的很低廉。而且,它的安全穩(wěn)定性也很高,其分解溫度高達(dá)700-800度,且不會(huì)釋放氧分子。


此外,它的循環(huán)壽命在2000次以上,所以很多廠商都會(huì)選擇磷酸鐵鋰離子電池作為電動(dòng)汽車(chē)電池??陀^上講,新能源汽車(chē)的興起,確實(shí)也和磷酸鐵鋰離子電池有著密不可分的關(guān)系。


但是,這種電池也有一個(gè)致命缺點(diǎn),那就是低溫性能較差,即使將其納米化和碳包覆也沒(méi)能解決這個(gè)問(wèn)題。有研究表明,將一塊容量為3500mAh的磷酸鐵鋰離子電池放到-10℃的環(huán)境中工作,結(jié)果經(jīng)過(guò)不到100次的充放電循環(huán),它的電量就急劇衰減至500mAh,基本上報(bào)廢。


那相比之下,三元鋰離子電池的表現(xiàn)又如何呢?


三元鋰離子電池


不過(guò)多分析,讓我們先來(lái)看一張三元鋰離子電池&磷酸鐵鋰離子電池的比較表。


通過(guò)這張表,你可以很清楚的看到,相比于磷酸鐵鋰離子電池,三元鋰離子電池在低溫狀態(tài)下的表現(xiàn)更加穩(wěn)定。


此外,以鎳鈷錳酸鋰作為正極材料、石墨作為負(fù)極材料的鋰離子電池,其電壓平臺(tái)很高,這就意味著在相同的體積或重量下,三元鋰離子電池的比能量、比功率更大。


那為何效率如此之高的三元鋰離子電池會(huì)備受爭(zhēng)議呢?那是因?yàn)槿嚥牧系臒岱€(wěn)定性較差,會(huì)在200度左右發(fā)生分解,且化學(xué)反映劇烈,在高溫用途下電解液迅速燃燒,發(fā)生連鎖反應(yīng)。說(shuō)人話就是,三元鋰材料比磷酸鐵鋰材料更容易著火。


P:要注意的是,我們提到的是材料,而不是已成為成品的電池。


接下來(lái),我們?cè)賮?lái)關(guān)注一組數(shù)據(jù),比較一下兩種電池在新能源汽車(chē)中的使用情況。


去年十一月,磷酸鐵鋰離子電池的電動(dòng)大巴裝機(jī)量占到64.9%,三元鋰離子電池裝機(jī)量只有27.6%;相反,在純電動(dòng)乘用車(chē)市場(chǎng),三元鋰離子電池在去年十一月的裝機(jī)量已超76%(下面小編還會(huì)重點(diǎn)介紹對(duì)三元鋰離子電池一往情深的特斯拉)。


既然三元鋰離子電池這么危險(xiǎn),為何還要繼續(xù)使用呢?這當(dāng)然是因?yàn)檫@種危險(xiǎn)是可以通過(guò)技術(shù)手段得到防止的。根據(jù)三元鋰材料容易熱解的特性,新能源汽車(chē)廠商在過(guò)充保護(hù)(OVP)、過(guò)放保護(hù)(UVP)、過(guò)溫保護(hù)(OTP)、過(guò)流保護(hù)(OCP)這幾個(gè)環(huán)節(jié)上都會(huì)深入研究,而電動(dòng)汽車(chē)是否會(huì)自燃也是重點(diǎn)考量這幾個(gè)環(huán)節(jié)的功能是否落實(shí)到位。


石墨烯電池


在2017年日內(nèi)瓦車(chē)展上,一款名為正道H600的概念車(chē)吸引了很多人的關(guān)注。關(guān)于這款車(chē)的馬力大、提速快、極速高咱都不去做過(guò)多解讀,畢竟1000km的官方續(xù)航才是要說(shuō)的重點(diǎn)。


那為何這款車(chē)能實(shí)現(xiàn)比特斯拉還酷炫的續(xù)航里程呢,其中很大一部分原因就是它使用了“超級(jí)電池”。


而H600的超級(jí)電池就是“石墨烯電池”。相比石墨烯,更多車(chē)友應(yīng)該對(duì)石墨更熟悉,而石墨烯本質(zhì)上就是分離出來(lái)的單原子層平面石墨。再直白一點(diǎn)說(shuō)就是,石墨烯一層層疊起來(lái)就是石墨,厚1毫米的石墨大約包含300萬(wàn)層石墨烯。


那這種石墨烯電池究竟有多神奇呢?作為目前為止發(fā)現(xiàn)的最薄、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最好的一種新型納米材料,石墨烯被稱(chēng)為“黑金”、“新材料之王”,科學(xué)家甚至預(yù)言它將“徹底改變21世紀(jì)”。


而這完全取決于石墨烯多領(lǐng)域的優(yōu)質(zhì)特性:堅(jiān)固耐磨損、良好的導(dǎo)熱性與導(dǎo)電性(充電速度會(huì)更快)、耐高溫、低溫性,據(jù)悉,石墨烯能在-30~80℃的環(huán)境下自由工作。


那為何這種材料還沒(méi)有被大范圍的在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域應(yīng)用呢?這當(dāng)然是因?yàn)槠涑杀靖摺⒖闪慨a(chǎn)性低?,F(xiàn)在鋰離子電池用的各種材料,都是一噸幾萬(wàn)十幾萬(wàn),再想想石墨烯堪比黃金的價(jià)格,真的全部做成電極材料誰(shuí)能用的起?因此從目前來(lái)看,它的泡沫大于實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。


特斯拉21700三元鋰離子電池


特斯拉使用的兩款電池——18650鈷酸鋰離子電池和21700三元鋰離子電池都是由松下生產(chǎn)的。而關(guān)于這兩種電池的命名,很多車(chē)友可能會(huì)覺(jué)得云里霧里噠,下面就由小編特清晰的給你解讀下。


18650型命名方式:直徑18mm,長(zhǎng)度65mm,“0”代表圓柱形,而21700型電池命名也是同樣的道理。據(jù)悉,在Model3正式投產(chǎn)后,新型21700三元鋰離子電池將取代18650鈷酸鋰離子電池,成為新的電芯。隨后,ModelS和ModelX也有望進(jìn)行更換。


眾所周知,在電池的組合上,特斯拉采用的是大量小電池連接的方式,這在靈活性和防退化上有優(yōu)勢(shì)。但在一個(gè)全尺寸的電動(dòng)汽車(chē)內(nèi)使用小型圓柱形電池組,這意味著數(shù)以千計(jì)的大電流連接,且每一個(gè)接頭都是引起過(guò)熱的潛在源。


因此,特斯拉計(jì)劃用新型21700三元鋰離子電池取代18650鈷酸鋰離子電池,是將電池體積增大,這也就意味著接頭數(shù)量會(huì)隨之減少,過(guò)熱潛在源也相應(yīng)減少了,相對(duì)來(lái)講,安全性會(huì)高些。


而關(guān)于這款21700三元鋰離子電池,特斯拉CEO馬斯克說(shuō):21700型電池的能量密度是世界上最高的,并且還將是最便宜的。那具體多便宜呢?特斯拉官方提出:21700三元鋰離子電池系統(tǒng)成本為155美元/kWh(18650型為171美元/kWh);預(yù)售價(jià)為170美元/kWh(18650售價(jià)為185美元/kWh)。


此外,特斯拉還宣布這款電池將在Gigafactory超級(jí)電池廠生產(chǎn),計(jì)劃年產(chǎn)量35GWh/年,幾乎和世界電池產(chǎn)量總和相當(dāng)。


比亞迪也采用了三元鋰離子電池


很多車(chē)友都了解,比亞迪之前對(duì)磷酸鐵鋰離子電池的堅(jiān)持,但在特斯拉公布21700三元鋰離子電池的同年底,比亞迪卻一改常態(tài),舍棄了此前秦、唐等車(chē)型所采用的磷酸鐵鋰離子電池模式,新上市的宋EV及相繼推出的秦80、唐100等車(chē)型也都將匹配全新的“鎳鈷錳”系三元鋰離子電池,不知這是否受到了特斯拉的影響呢?


奔馳氫燃料動(dòng)力電池


無(wú)論是磷酸鐵鋰離子電池、三元鋰離子電池還是鈷酸鋰離子電池,都屬于蓄電池,而小編接下來(lái)要介紹的這款車(chē)的電池則為燃料動(dòng)力電池——奔馳氫燃料動(dòng)力電池。


最開(kāi)始,很多汽車(chē)制造商都涉足了氫燃料動(dòng)力電池汽車(chē)領(lǐng)域,但后來(lái)有一部分選擇離開(kāi)了,戴姆勒就是其中一家。但并不是說(shuō)戴姆勒完全放棄了這項(xiàng)技術(shù)的研究,而是把這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)先權(quán)轉(zhuǎn)移到了電動(dòng)汽車(chē)的技術(shù)上,目前來(lái)看,它旗下只有一項(xiàng)氫燃料動(dòng)力電池汽車(chē)項(xiàng)目,那就是梅賽德斯-奔馳GLCF-Cell。


據(jù)悉,奔馳這款車(chē)所用的9kWh電池可供應(yīng)約310英里(499公里)的續(xù)航里程,假如附近找不到氫燃料動(dòng)力電池充電站,其配備的EV充電頭還能支持CHAdeMO插座。而且,相比于蓄電池充電技術(shù),氫燃料動(dòng)力電池的燃料補(bǔ)給速度特別快,只須短短幾分鐘。


那這樣的電池技術(shù)能不能在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域普遍推廣開(kāi)來(lái)呢?目前來(lái)說(shuō),還不可能。因?yàn)闅淙剂蟿?dòng)力電池汽車(chē)基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展進(jìn)度極其緩慢,而假如想要大力發(fā)展這部分基礎(chǔ)設(shè)施,汽車(chē)制造商就必須拿出上百萬(wàn)美元乃至更多的資金才行,顯而易見(jiàn),他們并不樂(lè)意這么做。況且,現(xiàn)在使用蓄電池的電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程也在不斷提升,氫燃料動(dòng)力電池的這種優(yōu)勢(shì)還會(huì)持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間呢?


無(wú)膜電池是否能顛覆電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域


近日有外媒報(bào)道,美國(guó)普渡大學(xué)的科研人員開(kāi)發(fā)了一種新型無(wú)膜電池,能實(shí)現(xiàn)快充效果。這種無(wú)膜電池利用新的液態(tài)電解質(zhì)更換用過(guò)的電池液,能給純電汽車(chē)和混動(dòng)汽車(chē)快速充電,而且還不要修建大規(guī)模的充電基礎(chǔ)設(shè)施。


更神奇的是,使用過(guò)的電池液或電解質(zhì)還能被收集起來(lái),批量送到風(fēng)力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠或太陽(yáng)能電廠再次進(jìn)行充電,變成電解質(zhì),循環(huán)利用。


到這里,有關(guān)這種無(wú)膜電池的優(yōu)點(diǎn),還并沒(méi)有說(shuō)完。有些車(chē)友可能了解,電池膜污染會(huì)縮短電池壽命,而且可能會(huì)引發(fā)火災(zāi)。所以,這款無(wú)膜電池組件就很安全了,其性能穩(wěn)定,可安裝在住宅內(nèi)。最關(guān)鍵的是,這種電池能達(dá)到生產(chǎn)和銷(xiāo)售的要求,成本不高。


此外,普渡大學(xué)教授兼Ifbattery公司聯(lián)合創(chuàng)始人JohnCushman(普渡大學(xué)的這幾位科研人員同時(shí)也是Ifbattery公司的聯(lián)合創(chuàng)始人,Ifbattery是首家研發(fā)無(wú)膜流動(dòng)電池的公司)還表示,Ifbattery開(kāi)發(fā)了一套能源存儲(chǔ)系統(tǒng),采用這款無(wú)膜快充電池,給汽車(chē)充電就像給汽車(chē)加油相同,駕駛員再也無(wú)需長(zhǎng)時(shí)間等待。


艾瑪,關(guān)于這款科技感十足而且成本不高無(wú)膜電池,小編都有些迫不及待了,究竟什么時(shí)候才能正式使用呢?


鋰玻璃電池


近日,據(jù)英特爾我國(guó)報(bào)道,最新發(fā)明了多次充電的鋰玻璃電池,鋰玻璃不僅將鋰離子的能量密度翻了三倍(這就將電動(dòng)汽車(chē)的活動(dòng)范圍擴(kuò)大了三倍),它還能在幾分鐘內(nèi)重新充滿電,并持續(xù)更長(zhǎng)時(shí)間。


至于這第一款玻璃鋰離子電池,是現(xiàn)年94歲的古德伊納夫和他的工程師團(tuán)隊(duì),在德州州立大學(xué)奧斯汀分校研發(fā)出來(lái)的。與三元鋰離子電池不同的是,鋰玻璃電池在零下的極端天氣也表現(xiàn)出色,不會(huì)像三元鋰離子電池相同易燃,而且可充電周期超過(guò)幾千次。


這種新電池的關(guān)鍵就是使用固體玻璃電解質(zhì),而不是鋰離子電池常用的液態(tài)電解質(zhì)。因?yàn)橐簯B(tài)電池充電速度過(guò)快,容易造成短路,還會(huì)起火,而固體的電解質(zhì)則降低了電路板短路的風(fēng)險(xiǎn),成為更安全的選擇。


此外,玻璃電解質(zhì)還使用了可持續(xù)的材料,“用廉價(jià)的鹽來(lái)代替鋰,而鹽可以從廣泛可得的海水中提取,“這就使得玻璃鋰離子電池成為更環(huán)保的一種電池。由此可見(jiàn),這種新的鋰玻璃電池研究很有前景,但這項(xiàng)新技術(shù)仍需幾年時(shí)間,才能被引入商業(yè)市場(chǎng)。


鉅大鋰電,22年專(zhuān)注鋰電池定制

鉅大核心技術(shù)能力