目前广泛应用于大巴的新型快充动力电池主要由两个材料体系构成:磷酸铁锂电池与钛酸锂电池,但是该两个材料体系无论是材料本身的容量比,还是因为为了提升倍率特性而优化电芯结构设计的原因,快充型锂电池能量密度普遍较低,下面我们简单介绍一下两个材料体系的特点与现存的问题。
磷酸铁锂电池
磷酸铁锂电池因为其所具有的安全性,一直以来都受到大巴动力电池的青睐,磷酸铁锂快充技术主要是基于材料本身的安全特性,对传统材料体系及电芯结构设计优化而研制的。通过使用支持快充的石墨负极材料,对其进行表面综合优化处理,提高其在各方向接收锂离子的能力,加快锂离子的嵌入速率,降低充电时产生锂枝晶的可能,改性后的石墨同时可以兼顾快充与能量密度的优点。
对于正极材料本身,通过添加杂志改性与表面包覆技术处理,优化材料本身的导电性,加快离子流通速度也是提升充电速度的一个重要方向。
另外一个需要考虑的要素是电压与安全性的问题。学过电化学的人知道,电池电压越高,正极氧化性越强,与电解液的反应越剧烈。而在高温下,各种反应会加剧,电池非常怕高温下工作,发生危险的系数会很高。因此:高温+高电压最糟糕,在这一点上,磷酸铁锂本身电压就比较低(3.45V),加上CATL为其配备的与快充电池配合的温控系统,针对磷酸铁锂的充放电程度(SOC)与温度来进行优化的充电制度调整,从而进一步保证了安全性。而在磷酸铁锂VS三元材料这一老话题中,安全一直是磷酸铁锂的一大根本优势,在大巴领域中该特性的意义更为重要。
总结:磷酸铁锂快充动力电池能量密度不如三元体系电池高,因此在小型乘用车上难以保证续航里程,只能在大巴等空间容量较大,可以在运行范围内及时充电的条件下使用。
钛酸锂电池
我们都知道钛酸锂具有非常稳定的结构特性,所以锂电池提供了极好的循环寿命与安全特性以及快充能力,低温性能优秀也是钛酸锂电池的一大优势。
钛酸锂电池通常都以三元为正极材料,这样可以获得2.3V的对外输出电压,但是钛酸锂电池同样也存在能量密度低的问题,目前的水平应该在70-90Wh/g,较三元-石墨电池相关非常悬殊。
另外,钛酸锂的胀气问题很突出,通过电解液的调整,可以基本控制钛酸锂固有的胀气问题。如果要把钛酸锂用于制备能量密度更高的软包电池,其对胀气又很敏感,电池不能做大。也就是说,材料体系可能在一定程度上限制了其电池技术路线的发展。此外钛酸锂电池的成本明显高于其他材料体系电池。
总结:钛酸锂电池具有优秀的寿命、安全性、低温适应性优势,但是成本较高,能量密度较低,同样无法使用到小型乘用车辆上,目前仅在电动大巴上进行推广,另外基于钛酸锂的寿命特性,对于投资回收期较长的大型电站储能未来可能是最佳的使用场合。