普通新能源汽车电池使用寿命是多久?

2019-06-05      772 次浏览

多年换一次电池合适?怎样才能延长电池的使用寿命?


首先从影响新能源汽车电池的因素说起,新能源汽车现在主要使用的是三元锂电池和磷酸铁电池,氢燃料电池的普及率还不高,所以我们只说一下影响三元锂电池和磷酸铁电池寿命的因素:主要有充放电循环次数和湿搁置使用年限这两点,一般来说,三元锂电池的充放电循环次数为600-1000次,磷酸铁电池为2000次,湿搁置使用年限均为5-8年,此外还要综合衡量放电深度、温湿度和充电制式的因素,一般来讲,三元锂电池汽车的电池寿命达到6年,磷酸铁电池汽车的电池寿命达到7年是没有问题的。


其次从延长新能源汽车寿命的措施来说,一般来讲,电池的寿命在出厂时就已经决定了,但是在使用过程中发现,往往达不到理想的年限,电池就出现了问题,这就需要我们在实际使用过程中,采取一些措施来保护电池,延长使用寿命。


首先是充电的时机,锂电池技术的发展,已经能够实现对电池的随充随用,而不是像以前那样用完才充,这样可以使得电池能够始终处于活性状态。其次是尽量匀速行驶,电动汽车和传统燃油车一样,匀速行驶利于保护三电系统。第三是电动汽车长时间不用时,要经常充电。电池的特性决定了,在长时间亏电状态下寿命下降很快,所以较长时间不使用电动汽车时,也要经常充电,确保电池电量充足。


,新能源汽车的电池寿命一般为6到7年,只要我们保持良好的驾驶习惯,学会正确的充电方式方法,注意不让电池长时间处于亏电状态,那么爱车的电池寿命或许还能延长。


最近新闻报道的动力锂电池技术路线,提起高镍三元锂电池将在今后几年内成为动力电池的主力,能量密度迈上300Wh/kg的台阶。本文旨在围观,关心一下高镍三元的前世今生。


1锂电池工作原理


当前常见的锂电池,主要有三元锂、磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂等等,都是按照正极材料的类型来命名。与之配对使用的商业化负极材料一般都是石墨负极。基本工作原理如下图所示。


如上图所示。在充电过程中,由于电池外加端电压的作用,正极集流体附近的电子在电场驱动下向负极运动,到达负极后,与负极材料中的锂离子结合,形成局部电中性存放在石墨间隙中;消耗了部分锂离子的负极表面,锂离子浓度变低,正极与负极之间形成离子浓度差。在浓差驱动下,正极材料中的锂离子从材料内部向正极表面运动,并沿着电解质,穿过隔膜,来到负极表面;进一步在电势驱动作用下,向负极材料深处扩散,与从外电路过来的电子相遇,局部显示电中性滞留在负极材料内部。放电过程则刚好相反,包含负载的回路闭合后,放电过程开始于电子从负极集流体流出,通过外电路到达正极;终于锂离子嵌入正极材料,与外电路过来的电子结合。


负极石墨为层状结构,锂离子的嵌入和脱出的方式,在不同类型的锂离子中没有太大差异。不同正极材料,其晶格结构存在明显差异,充放电过程中的锂离子扩散进出,过程略有不同。


2主要正极材料的类型和特点


当前商业化比较充分的正极材料主要有钴酸锂,磷酸铁锂,锰酸锂和三元锂四种。其中,钴酸锂虽然能量密度等方面存在明显优势,但是安全问题成了瓶颈,使用的范围越来越小。锰酸锂,循环性能比较差,高温性能不好,虽然抗过充能力强,成本又低,但现在主要只在低端或低速车辆上还有使用,市场份额也在缩小。只剩下磷酸铁锂和三元锂是当前真正的主流,二者一个占据能量密度和低温性能的优势,另一个则拥有循环寿命和安全性的优势,国家政策和终端用户在二者之间有些难于抉择。目前为止,公交车主要使用磷酸铁锂,乘用车等对续航和客户体验要求较高的车型则选择三元锂电池。


3三元锂正极材料结构和特点


三元材料是过去几年的热点,其中Ni成分,可以提高材料活性,提高能量密度;Co成分也是活性物质,既能稳定材料的层状结构,又能减小阳离子混排,便于材料深度放电,从而提高材料的放电容量;Mn成分,在材料中起到支撑作用,提供充放电过程中的稳定性。三元锂,基本上综合体现了几种材料的优点。


在三元材料这个大的类别下面,材料中三种金属元素比例不同,可以看成不同种类的三元材料。一类是Ni:Mn等量型,第二类是Ni:Mn不等量型。


等量型的代表是NCM424和NCM111。在充放电过程中,+4价的Mn不变价,在材料中起到稳定结构的作用,+2价的Ni变为+4价,失去两个电子,使得材料有着高的比容量。


Ni、Mn不等量型,就是本文的主角,又叫高镍型三元锂,主要的代表型号是NCM523,NCM622和NCM811。富镍型三元材料在电压平台低于4.4V(相对于Li+/Li)时,一般认为主要是Ni为+2/+3价参与氧化还原反应,化合价升高到+4价。当电压高于4.4V时,Co3+参与反应变为+4价,Mn4+不参加反应起稳定结构作用。


高镍三元给正极带来的影响


不同比例NCM材料的优势不同,可以根据具体的应用要求加以选择。Ni表现高的容量,低的安全性;Co表现高成本,高稳定性;Mn表现高安全性、低成本。要想提高电池的能量密度,提升车辆续驶里程,当前主流观点是在高镍方向上,提高高镍三元的安全性达到车辆使用要求。在三元及前文提及的磷酸铁锂、锰酸锂和钴酸锂等成熟商用技术路线以外,也存在着锂硫电池,锂空气电池以及全固态电池等多个技术方向,但都距离成熟商用还比较远。


三元锂电池的电化学性质和安全性主要取决于微观结构(颗粒形态和体积结构稳定性)和物理化学性质(Li+扩散系数、电子传导率、体积膨胀率和化学稳定性)的影响。


Ni增加使循环性能变差;热稳定性变差;充放电过程中表面反应不均匀;反应产物中存在大比例的Ni2+,导致材料呈氧化性,缓慢氧化电解质,过程中放出气体。


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