锂离子电池的用途十分广泛,因为特有的性能优势,已经在电子时代得到普遍应用,比如说笔记本电脑、相机、手机等等。新能源汽车产业的出现,更是大大推动了锂电池的发展,为锂电池的应用打开了广阔的前景。

一、汽车锂电池的构成与分类

如果把汽车锂电池看做是一道菜的话,那么完成这道菜就需要一些食材和配料,这些食材配料就是正极材料、负极材料、电解液、隔离材料和电池管理系统等。

根据外形、外包材料、电解液,锂电池可以被划分成很多类别。在这里,为了讨论近年来锂电池技术的演变趋势,我们主要根据正极材料的不同,来讨论汽车动力电池的两种主流产品:磷酸铁锂电池和三元锂电池。

二、磷酸铁锂电池和三元锂电池的对比

两种电池都使用锂元素,循环寿命也可以放心使用。但其正负极材料和电池管理系统却有所不同,性能上的特点也大有差异。

所谓磷酸铁锂电池,就是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。这一类电池的特点是不含贵重金属元素(比如钴等)。由于不含有贵重金属材料,磷酸铁锂电池的原材料成本就可以被压缩的非常低廉。

在实际使用中,磷酸铁锂电池具有耐高温,安 全稳定性强,价格便宜,循环性能更好的优势。例如比亚迪,就专精这类电池。市面上还有一种叫做A123的锂电池,这种电池实际上也是磷酸铁锂电池的一种。它主要在制造工艺上采用了纳米工艺等,增加了电池充放电能力。我国万向集团就收购了A123公司,进而收购了赖以该电池为动力基础的菲斯克(Fisker)汽车公司。

而三元锂电池是指使用镍钴锰酸锂做为正极材料,石墨作为负极材料的锂电池。与磷酸铁锂不同,三元锂电池电压平台很高,这也就意味着在相同的体积或是重量下,三元锂电池的比能量、比功率更大。除此之外,在大倍率充电、和耐低温性能等方面,三元锂电池也有很大的优势。特斯拉的Model S采用的松下18650组成的电池组就是三元锂电池,单个这种电池比平常的5号电池要大一些。

1.能量密度与续航里程对比

相较于磷酸铁锂电池,三元锂电池的能量密度大,电压更高,所以同样重量的电池组电池容量更大,车子跑的距离也就更远,速度也能更快。特斯拉Model S充满电的续航里程为400多公里。北汽EV200采用了来自韩国SK生产的三元锂电池,理论巡航里程达到200km,而它的前辈车型EV150则采用了磷酸铁锂电池,续航里程仅为150km。

根据国内三元材料18650圆柱电池龙头企业——比克电池提供的资料,其18650电池的能量密度已经达到了232Wh/kg,后续将会进一步提高至293Wh/kg。而相比之下,目前国内主流的磷酸铁锂电池能量密度也仅达到150Wh/kg左右。据国内电池行业专家剖析,未来几年之内,磷酸铁锂电池的能量密度能够达到300Wh/kg的希望非常渺茫。

2.空间占用对比

对于体积庞大的电动巴士而言,空间占用影响较小。但对于家用电动汽车来说,空间占用就显得比较重要了。能量密度较低的磷酸铁锂电池将会占据原本就不多的汽车空间,并且由于更大的重量,在使用时的放电续航也会受到比较大的影响。相对而言,能量密度较高的三元锂电池在解决重量问题的同时也为家庭用车节省出了空间。

3.低温放电性能对比

三元电池和磷酸铁锂电池的在不同温度下的放电性能如下图所示。(“相对25℃容量”是指不同温度条件下放电容量与25℃时放电容量的比值。该数值能够准确反映出电池在不同温度条件下续航的衰减,越接近100 %,电池表现越好。)

从图中能够看出,以25℃为基准常温,两类电池在55℃高温下放电与常温25℃下放电,放电容量几乎没有差别。但在零下20℃时,三元锂电池与磷酸铁锂电池相比有比较明显的优势。

我国幅员辽阔,气候复杂,从*北端的东北三省到*南端的海南诸岛温度变化非常丰富。以北京为例,作为电动汽车的主力市场,北京夏季* 高温度在40℃左右,而冬季则基本保持在零下6℃左右,甚至更低。这样的温度区间显然适合低温性能更佳的三元锂电池。而注重耐高温性能的磷酸铁锂电池在北京的冬季会显得有些乏力。