三元动力电池和锂电池有什么不同

2018-07-24      2165 次浏览

三元聚合物锂电池是指正极材料使用镍钴锰酸锂(Li(NiCoMn)O2)三元正极材料的锂电池,三元复合正极材料前驱体产品,是以镍盐、钴盐、锰盐为原料,里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整。


三元锂电池的特点是能量密度大,电压更高,所以同样重量的电池组电池容量更大,车子跑的距离也就更远,速度也能更快。但是其弱点在于稳点性较差,如果内部短路或是正极材料遇水,都会有明火产生。所以一般18650电池都会有一层钢壳保护,由于特斯拉的电池组是由7000块左右的18650电池组合而成,所以,虽然特斯拉给电池组进行了全方位的保护,但是在极端的碰撞事故中,起火隐患还是有的。


之所以这样,原因是两种材料在到达一定温度时发生分解,三元锂材料会在更低的200度左右发生分解,而磷酸铁锂材料是在800度左右。并且三元锂材料的化学反映更加剧烈,会释放氧分子,在高温作用下电解液迅速燃烧,发生连锁反应。说简单点,就是三元锂材料比磷酸铁锂材料更容易着火。不过需要注意的是,我们提到的是材料,而不是已经成为成品的电池。


磷酸铁锂电池则要稳定许多,电池板就算是穿刺、短路也不会爆炸燃烧,遭到350℃的高温也不会起火(三元锂电池在180-250℃就扛不住了)。所以在安全性能上,磷酸铁锂电池略胜一筹。


正因为三元锂材料有这样的安全隐患,所以厂商也在努力往抑制产生事故的方向走。根据三元锂材料容易热解的特性,厂商在过充保护(OVP)、过放保护(UVP)、过温保护(OTP)、过流保护(OCP)这几个环节上都会下不少的功夫。特斯拉之所以对于安全性有信心,就是因为它有一整套电池管理系统,能够将活性更高的三元锂电池管理地更好。当然,伴随着越来越多的电池企业、车企还有专业的电池管理企业在这个领域的不断研发,更多的企业也能做到优秀的电池管理,将安全性大大提升。


能量密度是核心要素


能量密度(Energydensity)是指在一定的空间或质量物质中储存能量的大小。电池的能量密度也就是电池平均单位体积或质量所释放出的电能。电池能量密度=电池容量×放电平台/电池厚度/电池宽度/电池长度,基本单位为Wh/kg(瓦时/千克)。电池的能量密度越大,单位体积内存储的电量越多。


在这里,不得不说国家政策对于行业的指导性也是非常明确。2017年3月1日,中央四部委印发了《促进汽车动力电池产业发展行动方案》通知,明确指出了“将提高电池比能量作为今后的重点发展目标之一”。


以下三点为重点:


1.到2020年,锂离子动力电池单体比能量大于300Wh/kg;系统比能量争取达到260Wh/kg;成本小于1元/瓦时;使用环境达-30℃到55℃;具备3C充电能力。


2.到2025年,单体比能量达500Wh/kg。


3.力争实现单体电池350Wh/kg、系统260Wh/kg的锂离子电池产品产业化和整车应用。


三元是指,锂电池里面的正极材料名称。三元材料是镍钴锰酸锂Li(NiCoMn)O?,三元复合正极材料前驱体产品,是以镍盐、钴盐、锰盐为原料,里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整,18650是指圆柱型电池外表尺寸:18指电池直径18.0mm650指电池高度65.0mm,用在手机上的比较多。锂电池比较通用,市场上的电池大多都是,在此不做详述。


三元是指,锂电池里面的正极材料名称。常规的电池正极材料是钴酸锂LiCoO2,三元材料则是镍钴锰酸锂Li(NiCoMn)O2,三元复合正极材料前驱体产品,是以镍盐、钴盐、锰盐为原料,里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整,三元材料做正极的电池相对于钴酸锂电池安全性高,但是平台太低,用在手机上(手机截止电压一般在3.4V左右)会有明显的容量不足的感觉。18650是指圆柱型电池外表尺寸:18指电池直径18.0mm650指电池高度65.0mm其他正极材料使用较多除了三元以外,有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、NCA等。


锂电池,指的是一个很广泛的大类,凡是用到锂材料的都可以叫做锂电池。按照学名,我们平时所说的锂电池应该叫锂离子电池/锂二次电池,有相应的负极材料。


锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂LiCoO2、锰酸锂LiMn2O4、镍酸锂LiCoxNiyMnzO2、三元材料、磷酸铁锂LiFePO4等。正极使用三元材料的称为三元锂电池;


三元锂电池主要优点是能量密度比其他材料高;


三元锂电池的正极材料又分为NCA镍钴铝和NCM镍钴锰;


三元材料中多数为NCM,一般我们提到的三元锂电池指的是NCM。NCM国外代表厂商是SDI、SKI,在中国主要是力神、慧通天下、比克、万向、德朗能等。特斯拉采用的是NCA18650型,NCA稳定性相对较强,且循环性能强;但是在制作过程中,由于Al为两性金属,不易沉淀,因此工艺上存在门槛。由于NCA中铝的含量过少,因此也常称为二元材料。


三元材料NCM产品型号从111三元(N:C:M=1:1:1)到433,532,622,811。随着镍含量递增,电池能量密度也相应得到了提十。


三元锂电池这个名称很响亮,但具体的内容恐怕很多朋友并不清晰,需要留意下。三元正极材料在电池比能量、比功率、大倍率充电、低温性能等方面有优势,循环性能方面则是磷酸铁锂更好,但在寒冷环境中又变得更差。安全方面,磷酸铁锂本来是最理想的,但是三元锂的不断加强的电池管理技术加持下,逐渐得到提高。


由此我们明白,在商用车领域,如大巴车,空间较大,对电池比能量和比功率要求相对较低,可选择磷酸铁锂材料电池,发挥其循环性能好的特性。而轿车空间有限,电池用量小,则选用高比能量与高比功率三元材料电池更为合适。从适应政策的角度看,未来的能量密度要求更高,三元锂电池的潜力将得到更大的发挥。

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