一、锂电池按外型分:有方型锂电(如常用的手机电池电芯)和柱形(如18650);
二、.锂电池外包材料分:铝壳锂电池,钢壳锂电池,软包电池;
三、.锂电池从正负极材料(添加剂)分:沽酸锂(LiCoO2)电池或锰酸锂(LiMn2O4),磷酸铁锂电池,一次性二氧化锰锂电池;另一分:锂离子LIB,聚合物PLB
四、.不同的性能用途方面分:
一次性---锂锰电池--扣式3伏电池
高容量(高平台)--用在手机数码产品上
高倍率;---用在电动车和电动工具上及飞机模型
高温;---矿灯,室上灯饰,机器内置后备电源;
低温;---室外环境,北方(冬天)南极;
中国电动车行业车用电池中用锂电池主流是三种铁锂,锰锂,三元。
锰锂的优点:
价格便宜。
低温性能好,在零下负20度放电能有90%以上的效率。
安全性能佳。
但他:1.高温度性能差 2.循环寿命低(一般正常使用寿命大概在300到400次) 3.克比容量低(112)4.倍率放电差(如车子上坡和快速启动时候,对该类电池影响很大)
三元:1.价格是三种材料最贵的 2.容量高(150.可以节省体积) 3.循环寿命佳(600到700次)4.倍率放电佳
但他:1.安全性能是三个中最差的(特别是用钢壳的) 2.目前中国电池行业对该材料的掌握还不成熟,用的不多.
铁锂:1.价格中 2.容量中(130) 3.循环寿命高(1500次左右) 4.高温性能好 5.倍率放电好
但他:1.价格不便宜 2.低温性能不好 3.在电动汽车上才能充分体现其优越的性能(能6分钟充满电,能20倍放电)
锂电池工作原理
首先纠正一个概念,锂电池按照正负极使用的材料不同,通常分两大类:
锂金属电池,也就是使用二氧化锰为正极材料,金属锂或其合金金属为负极材料的电池;
锂离子电池,使用锂合金金属氧化物为正极材料,石墨为负极材料电池。
锂金属电池其性质不够稳定而且不能充电,所以不属于二次电池。对于新能源汽车来讲,我们平时说的锂电池,就是指锂离子电池。
锂离子电池主要由正极(含锂化合物),负极(碳素材料),电解液,隔膜四个部分组成:
电池充电时,正极上锂原子电离成锂离子和电子(脱嵌),锂离子经过电解液运动到负极,得到电子,被还原成锂原子嵌入到碳层的微孔中(插入);
电池放电时,嵌在负极碳层中的锂原子,失去电子(脱插)成为锂离子,通过电解液,又运动回正极(嵌入);
锂电池的充放电过程,也就是锂离子在正负极间不断嵌入和脱嵌的过程,同时伴随着等当量电子的嵌入和脱嵌。锂离子数量越多,充放电容量就越高。
锂电池分类
因正极材料不同,锂离子电池主要分为:磷酸铁锂(LFP),镍酸锂(LNO),锰酸锂(LMO),钴酸锂(LCO),以及镍钴锰酸三元锂(NCM)、镍钴铝酸三元锂(NCA),负极材料主要采用石墨碳材料。
技术路线
基于上表,我们来理一理不同类型锂电池在市场的应用情况。
先说说钴酸锂,作为锂电池的鼻祖,当然也可能是作为动力电池先试试水,最先用在特斯拉Roadster上,但由于其循环寿命和安全性都较低,事实证明其并不适用作为动力电池。为了弥补这个缺点,特斯拉运用了号称世界上最顶 尖的电池管理系统来保证电池的稳定性。钴酸锂目前在3C领域的市场份额很大。
第二是锰酸锂电池,主要最先由电池企业AESC提出,这个AESC来头可不小,是日产和日本电气股份有限公司(NEC)的合资。锰酸锂代表车型是为日产聆风,由于其价格低,能量密度中等,安全性也一般,具有所谓的较好综合性能。所谓成也萧何败也萧何,也是正因为这种不温不火的特性,其逐步被新的技术所替代。
接着是磷酸铁锂,作为比亚迪的主打,其稳定好,寿命长,且具有成本优势,特别适用于需要经常充放电的插电式混合动力汽车,但其缺点是能量密度一般。
最后是三元锂电池,作为冉冉升起的新星,能量密度可达最高,但安全性相对较差。对于续航里程有要求的纯电动汽车,其前景更广,是目前动力电池主流方向。
下图是今年7月特斯拉发布的MODEL3,采用松下的21700型的三元(NCA)圆柱形的电池。
其实,动力电池市场上,存在着中日韩三国巨头的技术路线之争,它们都在招兵买马,拓展疆土,抢夺山头,上演着所谓的“三国演义”。
动力类锂离子电池需要更多考虑可靠性和一致性,毕竟要长时间(至少5~10年)、恶劣环境(冬天低温、夏天暴晒、雨雪)、大量电池串并联配组使用。考虑可靠性和一致性,假设一辆汽车使用1000只动力电池,理想上,汽车厂家希望一个车型10万辆车的规模下不要出问题,也就是理想上要求动力电池出问题(安全、存储、循环等)的几率要在一亿分之一以下(当然对于最高端消费类电池而言,苹果也对供应商要求到了这个级别)。考虑到可靠性,动力类电池一般设计冗余更多,使用更厚的隔膜、箔材和外壳,因此能量密度也就大概是消费类电池的一半吧。