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三元電池VS磷酸鐵鋰電池

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1636次  |  2018年10月10日  

讓我們從7個方面比較磷酸鐵鋰及三元材料電池吧:


1,安全


2.能量密度


3.循環(huán)生活


4.成本

過針刺 低溫防爆18650 2200mah
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

5,收費(fèi)率


6,電池單元的一致性


7.低溫性能


1.安全


磷酸鐵鋰電池的這一方面具有明顯的優(yōu)勢:在超過480攝氏度時,電池將被分解,能通過針刺、消防等苛刻的測試。

無人船智能鋰電池
IP67防水,充放電分口 安全可靠

標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測繪、無人設(shè)備

三元電池,以鎳-鈷-鋁(NCM)為例,在180攝氏度下被分解及釋放,產(chǎn)生更劇烈反應(yīng)。


這局的結(jié)果很明顯,磷酸鐵鋰電池獲勝。


2.能量密度


磷酸鐵鋰電池放電電壓較低,僅為3.2V;而且壓實(shí)密度很低,僅為2.2~2.5左右,這導(dǎo)致磷酸鐵鋰電池的理論能量密度不高,僅為178wh/kg。


比亞迪,鋰的主要制造商,現(xiàn)在已經(jīng)把單個電池的能量密度提高到147wh/公斤。


18650電池的能量密度為245wh/kg,特斯拉Model3中使用的20700電池將來必須高于能量密度300wh/kg。


許多國內(nèi)生產(chǎn)商選擇的Ni-Co-Mn的(NCM)三元鋰電池技術(shù)線,它的理論能量密度為280wh/kg時,DJI無人駕駛飛行器使用的是NCM電池,目前80%的由UAV鋰電池由廣東的制造商提供。


此外,磷酸鐵鋰具有較低的壓實(shí)密度,這導(dǎo)致在相同電池容量下磷酸鋰的尺寸更大。


為了評估這兩個參數(shù)的能量密度和安全性,我們可以發(fā)現(xiàn)這兩個指標(biāo)的能量密度和安全性是一對天敵,事實(shí)上,通過最簡單的物理和化學(xué)知識,我們可以知道能量密度越大,越不穩(wěn)定,越不安全。


3.循環(huán)壽命


在評估這方面的表現(xiàn)時,我很頭疼。


以鋰鐵磷酸鹽作為一個例子,一些文章說,預(yù)期壽命為2000次,有些人會說,鋰電池的壽命能達(dá)到超過4000倍,甚至有文章表示其總循環(huán)壽命可達(dá)到20000次。


這些數(shù)據(jù)之間的差異使我頭暈?zāi)垦?,需要仔?xì)篩選才能有正確的理解,后來發(fā)現(xiàn)上述陳述都有其道理,但他們使用了不同的評估標(biāo)準(zhǔn)。


說壽命只有2000次,按照1C充放電倍率反復(fù)沖放,校準(zhǔn)容量80%以下的電池容量被認(rèn)為是壽命終止(這是一次極為嚴(yán)格的充放電測試,1C率表示充電1小時。


4,000次則更有可能是在正常情況下,根據(jù)大量已經(jīng)在路上行駛的車輛進(jìn)行測量的結(jié)果。


最后所謂的20,000次是完全使用下的結(jié)果。


因?yàn)殡姵厝萘康陀谛?zhǔn)80%并不意味著電池完全沒用,畢竟有80%的容量,此時電池可以取下來分類使用,作為蓄電電池,合理電流合理的溫度合理使用環(huán)境可以實(shí)現(xiàn)重復(fù)充放電2萬次。


然而,磷酸鐵鋰的壽命明顯長于三元電池。


三元電池在1C充放電速率下,反復(fù)充放電約800次,實(shí)際容量已低于額定容量的80%。


但實(shí)際使用并不是如此,由于磷酸鐵鋰電池的一致性是難以控制的,鋰離子電池的整體壽命會短一點(diǎn),也沒有預(yù)期壽命可達(dá)到3倍大于三元電池


但無論如何,針對循環(huán)壽命這一項,磷酸鐵鋰勝。


4.成本


有人認(rèn)為磷酸鐵鋰正極材料不使用稀有金屬,而三元電池則使用鈷、鎳等更昂貴的金屬,因此人們理所當(dāng)然地認(rèn)為磷酸鐵鋰的成本較低,這實(shí)際上是一種誤解。


磷酸鐵鋰的放電電壓為3.2V,三元電池放電電壓為3.7V,放電電壓越高意味著電池容量越大,這意味著在材料消耗相同的情況下三元電池的容量更大。


反之亦然:電池容量相同,三元電池消耗的原材料更少。


這種三元電池正在走向高氧化鋁、鎳和低鈷的技術(shù)路線,這減少了昂貴貴金屬的消耗。


但我們必須以動態(tài)的方式看待這兩者的成本,并意識到磷酸鋰的成本在碳酸鋰價格飆升之前略低于三元電池。


總之,兩條技術(shù)路線的成本不一樣,具體到某個時間點(diǎn),與上游原材料價格有很大關(guān)系。


從這方面來說,兩種電池是并列排名。


5,充放電率


讓我們首先得出結(jié)論,磷酸鐵鋰是充電/放電率的引領(lǐng)者。


美國A123公司(現(xiàn)為通用子公司)甚至在實(shí)驗(yàn)室中制造了25C可充電磷酸鐵鋰電池(25C充電意味著60÷25=2.4分鐘來充電)。


在充放電率方面,磷酸鐵鋰贏得了很大的勝利。


6,單個電池的一致性


在具有鎳-鈷-鋁三元的特斯拉ModelS的電池組中,有7000個串聯(lián)和并聯(lián)的小電池,如果電池的一致性存在問題,結(jié)果是災(zāi)難性的,因?yàn)殡姵鼐哂心就霸?,電池最差的性能會影響電池組的整體性能。


但是,使用磷酸鐵鋰2014秦混合動力列車一直存在問題,13kwh電池的校準(zhǔn),使用一年多后,很多車主反映電池衰減,只能在8kwh下充電。


磷酸鐵鋰具有更長的使用壽命,這種現(xiàn)象的出現(xiàn)實(shí)際上是單個電池一致性的問題。


事實(shí)上,比亞迪2014"秦"電動汽車電池,大多數(shù)單個電池沒有問題,但電池組合后發(fā)生了問題。


實(shí)際上,電池一致性問題并不是一個必死問題,有兩種方法可以解決它,一個是升級生產(chǎn)過程,提高工廠自動化水平和控制精度。另一種方法是增大電池容量,2014秦使用27Ah的能量電池單元,和比亞迪K9使用的270ah容量單個電池單元,相比秦,K9批問題少,即使沒有電池一致性問題。第二個方法,改進(jìn)電池管理系統(tǒng)(BMS),這是我們都落后于歐洲和美國的方面。


相比2014年的秦,2015年推出的秦由于采用了新的電池管理系統(tǒng),在控制器上安裝的每節(jié)電池都便于更好地控制和額外的8節(jié)電池(也就是實(shí)際容量的標(biāo)稱)。


電池一致性的問題已經(jīng)解決了很多,但無論如何,就一致性而言,磷酸鐵鋰落后于三元電池。這局:三元勝出。


7.低溫性能


這個結(jié)論非常明確:三元電池的低溫性能比磷酸鐵鋰好。


以上7個方面的分析,幾乎涵蓋了動力電池各方面的新能源指標(biāo)。在七場比拼中,三元和磷酸鐵鋰競爭激烈,還存在平局。


所以在7場比賽之后,我能否作出最后的判決呢?或者各位讀者觀眾是否給出了自己的內(nèi)心判斷?誰是最后的冠軍呢?


作為一名裁判,只能后悔告訴你,我不能說出誰更好的結(jié)論,所以這場比拼沒有冠軍或失敗者。


解析


聽到這個結(jié)果有些人可能會生氣,雄辯7000字,浪費(fèi)大家那么多時間和感情,讀到最后竟然沒答案,作者是不是欠揍?!等等,請容我分析。


雖然我不能給出一個簡單的結(jié)論,直接說誰優(yōu)于誰,但結(jié)合具體的應(yīng)用環(huán)境,會有一個明確的答案,因?yàn)橐恍┨囟ǖ膽?yīng)用環(huán)境,會突出優(yōu)點(diǎn),屏蔽缺點(diǎn)。


1.儲存和能源應(yīng)用情況


這是一個字!磷酸鐵鋰的應(yīng)用場景取得了壓倒性的勝利。


儲能電站堆疊數(shù)千瓦特,如果您使用的是三元電池,它相當(dāng)于把炸彈綁在一起。


磷酸鐵鋰的長壽命也符合儲能的應(yīng)用需求,電廠往往處于郊區(qū)建設(shè),土地以及空間不成問題,掩蓋了磷酸鐵鋰電池的低功耗密度的劣勢。


特別是作為電網(wǎng)調(diào)頻儲能電站,往往需要大規(guī)模充電,稀有的鐵鋰充放電也滿足了這一需求。在儲能應(yīng)用的情況下,磷酸鐵鋰的缺點(diǎn)不再是缺點(diǎn),且優(yōu)勢非常突出。


因此,當(dāng)我們考慮這種情況時,磷酸鐵鋰是無可爭議的冠軍。


2.無人機(jī)電池


這是否意味著您已經(jīng)看到使用鋰鐵電池的無人機(jī)?


毫無疑問,這是另一種應(yīng)用場景的極端情況,其中鋰離子電池占據(jù)了100%的市場份額。


能量密度的自然缺點(diǎn)是,確定鋰鐵電池永遠(yuǎn)不能用于無人機(jī)。


無人機(jī)鋰電池領(lǐng)域,三元電池勝。


3,電動公交車和電動商用車


這些車輛主要空間大,對公交車的重量敏感度低,公交車因乘客人數(shù)眾多,安全性要求高;


這些車輛長時間運(yùn)行并且需要長電池壽命,只有磷酸鐵鋰具有這些特征,所以此情況下選磷酸鐵鋰。

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