比亚迪为什么坚持使用磷酸铁锂电池

2018-12-21      234 次浏览

磷酸铁锂电池的概念


磷酸铁锂电池,是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。其中钴酸锂是目前绝大多数锂离子电池使用的正极材料。


磷酸铁锂电池特点


高效率输出:标准放电为2~5C、连续高电流放电可达10C,瞬间脉冲放电(10S)可达20C;


高温时性能良好:外部温度65℃时内部温度则高达95℃,电池放电结束时温度可达160℃,电池的结构安全、完好;


即使电池内部或外部受到伤害,电池不燃烧、不爆炸、安全性最好;


极好的循环寿命,经500次循环,其放电容量仍大于95%;


过放电到零伏也无损坏;


可快速充电;


低成本;


无记忆效应:可充电池在经常处于充满不放完的条件下工作,容量会迅速低于额定容量值,这种现象叫做记忆效应。镍氢、镍镉电池存在记忆性,而磷酸铁锂电池无此现象,电池无论处于什么状态,可随充随用,无须先放完再充电;


体积小、重量轻,同等规格容量的磷酸铁锂电池的体积是铅酸电池体积的1/3,重量是铅酸电池的1/3;


对环境无污染,该电池不含任何重金属与稀有金属(镍氢电池需稀有金属),无毒(SGS认证通过),无污染,符合欧洲ROHS规定,为绝对的绿色环保电池。铅酸电池中却存在着大量的铅,在废弃后若处理不当,仍将对环境形成二次污染,而磷酸铁锂材料无论在生产及使用过程中,均无污染。


万向磷酸铁锂电池怎样?比亚迪为什么坚持使用磷酸铁锂电池


万向磷酸铁锂电池怎样


隶属万向集团旗下的A123公司是美国一家致力于专业开发、生产锂离子电池和能量存储系统的公司。下面就以万向A123动力锂电池为例,来看看万向磷酸铁锂电池的性能。


A123公司主要提供磷酸铁锂正极材料,同时主攻动力锂电池市场,并把车用锂电池作为重点发展方向。A123锂离子产品同时解决了影响动力锂电池在高功率、安全性及长寿命三个方面的问题。


A123磷酸铁锂电池性能:


功率:高能产品能力密度达140W·h/kg,输出密度达3000W/kg,能承受高功率脉冲放电率高达100C(100倍标称容量电流放电);


高电量产品能力密度达140W·h/kg,输出密度达3000W/kg;


中等电量产品具有更高的性能和效率优势;


安全性:经过多个国家实验室和多个汽车客户的验证,具有优越的滥用容忍度。


循环寿命:A123的Nanophosphate技术提供了卓越的性能和循环寿命。在低利率循环式,能提供数以千计的周期,即使在10C放电率循环下,也提供超过1,000个完整的周期。


万向磷酸铁锂电池怎样?比亚迪为什么坚持使用磷酸铁锂电池


比亚迪为什么坚持使用磷酸铁锂电池


磷酸铁锂电池是比亚迪完全自主研发的国产锂电池,投入巨大,目前已经属于成熟产品,也在国内获得了广泛应用;虽然与国外锂电池产品相比,磷酸铁锂电池的特性还不是很完美,但因为其存在,打破了国外的技术垄断,为我们走自己的锂电池研发路线创出了道路,所以非常敬佩其精神。另外比亚迪坚持使用磷酸铁锂电池不会发生爆炸。另外我们先来搞清中国新能源汽车发展的关键因素和依托,针对我们行业的现实情况,再来比较一下三元和磷酸铁锂的现状与发展方向。


对比三元和磷酸铁锂电池的优劣势:


1、如果继续发展三元,我们的动力锂电池将永远处于追赶状态,不仅实现不了弯道超车,而且将丧失新能源汽车的安全性。


目前,改性锰酸锂和三元锂的核心技术,都掌握在日韩企业手中。尤其是三元锂,无论是技术、工艺还是设备,日韩行业龙头都已达到非常成熟稳定阶段。如果中国新能源汽车动力电池的发展方向定位于发展三元锂电,不仅长期处于追赶日韩企业状态,而且因缺乏关键技术、工艺和设备,已陷入到了一个发展瓶颈。技术严重受制于日韩企业,规模也远不如日韩企业巨头。三星SDI今年一次性将18650-2.2AH的电池销售价格降至1美元/只,几乎将国内同行逼上绝境。


在国内三元动力电池性能和价格都无法与日韩巨头相比的情况下,如果我们在新能源汽车动力电池上坚持三元路线,恐怕我们还在追赶路上,就已经被国际巨头给扼杀了,更无从谈什么弯道超车。最终结果将跟传统汽车发展一样,高端车和核心技术依然源自国际巨头,即使我们让出了市场也换不回核心技术。


磷酸铁锂电池则不同。日韩企业基本没有涉足,国际主要竞争对手来自美国。虽然两个基础专利有一个在美国(A123和Valence是美国磷酸铁锂电池的主要代表),但中国与美国的技术水平相差不大,而且中国是全球在磷酸铁锂领域投入最大、产销量最多的国家。


随着万向集团收购了A123,事实上中国企业已经掌握了磷酸铁锂电池全球最高端的技术和工艺。而磷酸铁锂电池在安全性和循环寿命上相对于三元锂电的绝对优势,正是中国新能源汽车关键要素所在和发展所需。只要明确其发展地位,加大投入固化这一优势,中国新能源汽车就完全有弯道超车的可能。


2、选择三元,顶层设计缺乏前瞻性,全球镍、钴资源紧张,其大量应用将导致市场价格暴涨,尤其中国这两种元素的贮量根本无法支撑。


三元锂电的材料配方,无论是镍钴锰酸锂,还是镍钴铝酸锂,都离不开两种贵金属,即钴和镍。这两种金属在中国都很匮乏,在全球储量也有限。其中,中国钴的使用量90%以上都需要进口,镍主要用于不锈钢生产,这两种贵金属都有国际期货交易,价格不仅高且波动很大。


如果中国确定以三元锂电为主要的动力电池发展路线,按照政府规划,到2020年,新能源汽车产能达到200万辆,新能源汽车保有量达到500万辆。按每辆新能源汽车动力电池平均带电量80KWH计算,500万辆新能源汽车所需电池就达4000亿WH电池,这还不包括用于更换和备用的电池。这种需求一旦推向市场,将很快推动钴、镍期货价格暴涨,从而带动其现货市场价格暴涨,三元锂电未来的价格走势将直线上升。中国新能源汽车推广没有达到政策预期目标的一个很大的原因,就是价格居高不下。其中,最重要的原因,就是占据新能源汽车成本近50%的动力锂电池价格居高不下。三元路线的结果,就是新能源汽车价格更高,要求政府的补贴也要更多,永远无法实现市场化推广。


磷酸铁锂电池则刚好相反,不含任何贵金属,而且生产正极材料的主要原料氧化铁、碳酸锂在中国储量非常丰富。如果下游新能源汽车市场需求放大,其上游材料在规模效应的推动下,成本将直线下降,占据磷酸铁锂电池成本超过30%的正极材料价格的下降,将促使磷酸铁锂电池价格的迅速下降。


3、整车安全设计上,中国新能源汽车使用三元锂电作为动力电池,会存在巨大安全隐患。


特斯拉三次着火中,其中一次为金属片划破电池引发的,但因特斯拉整车安全设计完善,三次着火并没有引起人员伤亡。三元材料的脱氧温度是200℃,放热能量超过800J/g,三元锂电无法通过针剌实验,表明了三元电池在内部短路的情况下,很容易引发安全事故。


目前,中国新能源汽车整车安全设计,短期内根本无法达到特斯拉的水平,使用三元锂电作为新能源汽车动力电池存在巨大安全隐患。事关乘客人生安全,这种安全隐患哪怕是十万分之一的发生概率,也是不能接受的。磷酸铁锂电池在高温下的稳定性,可达390℃以上,保证了电池内在的高安全性,不会因过充、温度过高、短路、撞击而产生爆炸或燃烧,可以轻松通过针剌实验。这一安全性特点,对中国还处于幼稚期的新能源汽车产业来说,是最合适的。


4、从中国新能源汽车使用对象的消费特点和习惯来看,三元锂电并不适合做中国新能源汽车动力电池。


特斯拉被称为“富人的玩具”,装配电池容量设计续航里程为400KM,但大多时候,实际运行也就200KM左右,属浅充浅放,因而循环寿命有所保障。但中国新能源汽车大多用于公交、政府公务、专用车和居民乘用车,其使用特点是,每天大多有固定线路和频次要求,属深充深放,三元锂电在DOD95%以上的条件下,容量衰减速度很快,循环寿命仅为磷酸铁锂电池的一半不到。新能源汽车平均使用8年以上,动力锂电池如果处于深充深放的条件下,维持80%以上的容量,三元锂电使用寿命将不到三年,而磷酸铁锂电池基本可以满足8年的使用要求。


在目前国家相关补贴政策的条件下,首次购买新能源汽车有政府相应补贴,但二次采购电池并无补贴。三元锂电池在新能源汽车使用周期内,需要更换两次电池,将极大增加使用者的经济负担,而不会为终端使用者所接受。如果三元锂电要获得与磷酸铁锂一样的使用寿命,其只能浅充浅放,需增加至少50%以上的电池容量。如此,其能量密度较高的优势将丧失,体积将比同性能磷酸铁锂电池大,电池重量也会更重,其价格更是远高于磷酸铁锂电池。


磷酸铁锂电池将最适合未来电动车的发展:


可以预见的是,未来纯电动乘用车、专用车的发展,将具有如下特点:一是形成三类车型,即1.3吨以下,1.3~1.7吨和1.7吨以上。对应每度电,分别实现续航里程10KM、8KM和6KM,对应装配电池重量,也分别为300KG、500KG和800KG左右。二是所有电池都装配直流快充和交流慢充两类充电方式。三是无论车身还是底盘都将使用新材料,走轻型化复合材料路线,如铝合金、碳纤维复合材料等。


因而,中国未来电动车的发展,对动力电池要求其能量密度高一点低一点都不再是主要问题,因为整车从安全性、重心稳定性设计,需要保持一定的重量。车身和底盘轻一点,电池重一点,将是一种全新的汽车系统设计---车身和底盘进行轻量化设计,磷酸铁锂电池组进行配套设计,来保证车身重量和车身重心稳定。


新能源汽车能否大规模普及推广的关键,是使用安全、性能稳定可靠和成本低廉,只有如此,才能为市场所接受和大众所喜欢。


磷酸铁锂电池,能保证组合能量密度达到100~120WH/KG,加上其最好的安全性和可预见的经济性,必将是中国新能源汽车动力电池发展的最佳选择。


我们只有不怀疑、不懈怠和不折腾,相信二十年后,中国的新能源汽车已是大行其道,而其心脏一定是磷酸铁锂动力电池


万向磷酸铁锂电池怎样?比亚迪为什么坚持使用磷酸铁锂电池


磷酸铁锂电池的应用领域


于磷酸铁锂动力电池具有上述特点,并且生产出各种不同容量的电池,很快得到广泛地应用。它主要应用领域有:


大型电动车辆:公交车、电动汽车、景点游览车及混合动力车等;


轻型电动车:电动自行车、高尔夫球车、小型平板电瓶车、铲车、清洁车、电动轮椅等;


电动工具:电钻、电锯、割草机等;


遥控汽车、船、飞机等玩具;


太阳能及风力发电的储能设备;


UPS及应急灯、警示灯及矿灯(安全性最好);


替代照相机中3V的一次性锂电池及9V的镍镉或镍氢可充电电池(尺寸完全相同);


小型医疗仪器设备及便携式仪器等。


这里举一个用磷酸铁锂动力电池替代铅酸电池的应用实例。采用36V/10Ah(360Wh)的铅酸电池,其重量12kg,充一次电可行走约50km,充电次数约100次,使用时间约1年。若采用磷酸铁锂动力电池,采用同样的360Wh能量(12个10Ah电池串联组成),其重量约4kg,充电一次可行走80km左右,充电次数可达1000次,使用寿命可达3~5年。虽然说磷酸铁锂动力电池的价格较铅酸电池高得多,但总的经济效果还是采用磷酸铁锂动力电池更好,并且在使用上更轻便。

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