三元电池VS磷酸铁锂电池

2018-10-10      1636 次浏览

让我们从7个方面比较磷酸铁锂及三元材料电池吧:


1,安全


2.能量密度


3.循环生活


4.成本


5,收费率


6,电池单元的一致性


7.低温性能


1.安全


磷酸铁锂电池的这一方面具有明显的优势:在超过480摄氏度时,电池将被分解,能通过针刺、消防等苛刻的测试。


三元电池,以镍-钴-铝(NCM)为例,在180摄氏度下被分解及释放,产生更剧烈反应。


这局的结果很明显,磷酸铁锂电池获胜。


2.能量密度


磷酸铁锂电池放电电压较低,仅为3.2V;而且压实密度很低,仅为2.2~2.5左右,这导致磷酸铁锂电池的理论能量密度不高,仅为178wh/kg。


比亚迪,锂的主要制造商,现在已经把单个电池的能量密度提高到147wh/公斤。


18650电池的能量密度为245wh/kg,特斯拉Model3中使用的20700电池将来必须高于能量密度300wh/kg。


许多国内生产商选择的Ni-Co-Mn的(NCM)三元锂电池技术线,它的理论能量密度为280wh/kg时,DJI无人驾驶飞行器使用的是NCM电池,目前80%的由UAV锂电池由广东的制造商提供。


此外,磷酸铁锂具有较低的压实密度,这导致在相同电池容量下磷酸锂的尺寸更大。


为了评估这两个参数的能量密度和安全性,我们可以发现这两个指标的能量密度和安全性是一对天敌,事实上,通过最简单的物理和化学知识,我们可以知道能量密度越大,越不稳定,越不安全。


3.循环寿命


在评估这方面的表现时,我很头疼。


以锂铁磷酸盐作为一个例子,一些文章说,预期寿命为2000次,有些人会说,锂电池的寿命能达到超过4000倍,甚至有文章表示其总循环寿命可达到20000次。


这些数据之间的差异使我头晕目眩,需要仔细筛选才能有正确的理解,后来发现上述陈述都有其道理,但他们使用了不同的评估标准。


说寿命只有2000次,按照1C充放电倍率反复冲放,校准容量80%以下的电池容量被认为是寿命终止(这是一次极为严格的充放电测试,1C率表示充电1小时。


4,000次则更有可能是在正常情况下,根据大量已经在路上行驶的车辆进行测量的结果。


最后所谓的20,000次是完全使用下的结果。


因为电池容量低于校准80%并不意味着电池完全没用,毕竟有80%的容量,此时电池可以取下来分类使用,作为蓄电电池,合理电流合理的温度合理使用环境可以实现重复充放电2万次。


然而,磷酸铁锂的寿命明显长于三元电池。


三元电池在1C充放电速率下,反复充放电约800次,实际容量已低于额定容量的80%。


但实际使用并不是如此,由于磷酸铁锂电池的一致性是难以控制的,锂离子电池的整体寿命会短一点,也没有预期寿命可达到3倍大于三元电池


但无论如何,针对循环寿命这一项,磷酸铁锂胜。


4.成本


有人认为磷酸铁锂正极材料不使用稀有金属,而三元电池则使用钴、镍等更昂贵的金属,因此人们理所当然地认为磷酸铁锂的成本较低,这实际上是一种误解。


磷酸铁锂的放电电压为3.2V,三元电池放电电压为3.7V,放电电压越高意味着电池容量越大,这意味着在材料消耗相同的情况下三元电池的容量更大。


反之亦然:电池容量相同,三元电池消耗的原材料更少。


这种三元电池正在走向高氧化铝、镍和低钴的技术路线,这减少了昂贵贵金属的消耗。


但我们必须以动态的方式看待这两者的成本,并意识到磷酸锂的成本在碳酸锂价格飙升之前略低于三元电池。


总之,两条技术路线的成本不一样,具体到某个时间点,与上游原材料价格有很大关系。


从这方面来说,两种电池是并列排名。


5,充放电率


让我们首先得出结论,磷酸铁锂是充电/放电率的引领者。


美国A123公司(现为通用子公司)甚至在实验室中制造了25C可充电磷酸铁锂电池(25C充电意味着60÷25=2.4分钟来充电)。


在充放电率方面,磷酸铁锂赢得了很大的胜利。


6,单个电池的一致性


在具有镍-钴-铝三元的特斯拉ModelS的电池组中,有7000个串联和并联的小电池,如果电池的一致性存在问题,结果是灾难性的,因为电池具有木桶原理,电池最差的性能会影响电池组的整体性能。


但是,使用磷酸铁锂2014秦混合动力列车一直存在问题,13kwh电池的校准,使用一年多后,很多车主反映电池衰减,只能在8kwh下充电。


磷酸铁锂具有更长的使用寿命,这种现象的出现实际上是单个电池一致性的问题。


事实上,比亚迪2014"秦"电动汽车电池,大多数单个电池没有问题,但电池组合后发生了问题。


实际上,电池一致性问题并不是一个必死问题,有两种方法可以解决它,一个是升级生产过程,提高工厂自动化水平和控制精度。另一种方法是增大电池容量,2014秦使用27Ah的能量电池单元,和比亚迪K9使用的270ah容量单个电池单元,相比秦,K9批问题少,即使没有电池一致性问题。第二个方法,改进电池管理系统(BMS),这是我们都落后于欧洲和美国的方面。


相比2014年的秦,2015年推出的秦由于采用了新的电池管理系统,在控制器上安装的每节电池都便于更好地控制和额外的8节电池(也就是实际容量的标称)。


电池一致性的问题已经解决了很多,但无论如何,就一致性而言,磷酸铁锂落后于三元电池。这局:三元胜出。


7.低温性能


这个结论非常明确:三元电池的低温性能比磷酸铁锂好。


以上7个方面的分析,几乎涵盖了动力电池各方面的新能源指标。在七场比拼中,三元和磷酸铁锂竞争激烈,还存在平局。


所以在7场比赛之后,我能否作出最后的判决呢?或者各位读者观众是否给出了自己的内心判断?谁是最后的冠军呢?


作为一名裁判,只能后悔告诉你,我不能说出谁更好的结论,所以这场比拼没有冠军或失败者。


解析


听到这个结果有些人可能会生气,雄辩7000字,浪费大家那么多时间和感情,读到最后竟然没答案,作者是不是欠揍?!等等,请容我分析。


虽然我不能给出一个简单的结论,直接说谁优于谁,但结合具体的应用环境,会有一个明确的答案,因为一些特定的应用环境,会突出优点,屏蔽缺点。


1.储存和能源应用情况


这是一个字!磷酸铁锂的应用场景取得了压倒性的胜利。


储能电站堆叠数千瓦特,如果您使用的是三元电池,它相当于把炸弹绑在一起。


磷酸铁锂的长寿命也符合储能的应用需求,电厂往往处于郊区建设,土地以及空间不成问题,掩盖了磷酸铁锂电池的低功耗密度的劣势。


特别是作为电网调频储能电站,往往需要大规模充电,稀有的铁锂充放电也满足了这一需求。在储能应用的情况下,磷酸铁锂的缺点不再是缺点,且优势非常突出。


因此,当我们考虑这种情况时,磷酸铁锂是无可争议的冠军。


2.无人机电池


这是否意味着您已经看到使用锂铁电池的无人机?


毫无疑问,这是另一种应用场景的极端情况,其中锂离子电池占据了100%的市场份额。


能量密度的自然缺点是,确定锂铁电池永远不能用于无人机。


无人机锂电池领域,三元电池胜。


3,电动公交车和电动商用车


这些车辆主要空间大,对公交车的重量敏感度低,公交车因乘客人数众多,安全性要求高;


这些车辆长时间运行并且需要长电池寿命,只有磷酸铁锂具有这些特征,所以此情况下选磷酸铁锂。

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