三元锂离子动力电池和磷酸铁锂电池哪个要更适合电动汽车?

作者&投稿:频邹 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
三元锂离子动力电池和磷酸铁锂电池哪个要更适合电动汽车~

磷酸铁锂电池 VS 三元锂电池,谁才是电动汽车王者?

相对于三元锂电池磷酸铁锂电池价格便宜,安全系数高更易回收利用但是能量密度低。磷酸铁锂一般用在低速代步车,三元用在高速乘用车。

磷酸铁锂电池看起来似乎是非常的优秀,但实际上这种电池质量并不是非常好,而且也容易电量消失,所以在电动车使用的时候,这种锂电池并没有受到大家的认可。而且这种电池在续航里程上也比较的短暂,维护起来也非常的困难,所以很多人并不是看好这种电池。

磷酸铁锂电池在很多时候,一般来说都会充电非常困难。会给骑电动车的人带来困扰,因此这种电池非常不方便,也被大家放弃。三元锂电池电动能力还是非常强的,在长期的使用中,人们也对这种电池给予了很高的评价,这就说明三元里锂电池是一种非常好的电池,这种电池很可能未来成为一种主流,当然从现在的情况来看,还没有形成一个市场机制,但是由于使用比较方便,未来肯定会被大家认可,这是未来的一个趋势。因此我们对三元锂离子电池应该有信心。



最近看行业新闻,越看越不对劲,感觉当下的动力电池领域充斥着一股戾气,非要让三元和磷酸铁锂拼个你死我活,更是大有置三元于死地而后快的意思。
事实上,近些年,三元和磷酸铁锂在科研领域是各有所悟,在性能方面各有所精,在商业应用上各有所得,就好比动力电池有两个儿子,一个功课好,一个体育好,成才了都能为社会做贡献,功课好的将来可以当科学家,体育好的可以当运动员,如今你要说功课好的孩子体育不好或者体育好的孩子功课不好,因此他是个坏孩子,那可真的是太荒谬了。
简单粗暴先回答问题:
磷酸铁锂适合:空间大,有条件装大体积电池,要求安全性能高,需要长时间不间断运营的场景,比如商用车和储能设施。
而三元适合:需要高能量密度,空间有限,客户体验感要求高的场景,比如中高端乘用车。
分工明确。
以上图为例,不同车型里能够容纳的电池体积差异肉眼可见
为什么这么说呢?
从结构本质上讲,磷酸铁锂的优势在于:结构稳定、充放电循环寿命较长,但同时也存在能量密度低,充放电效率低,低温表现不佳的问题。
相应的,三元的能量密度高、充放电效率高,同时其也有不耐高温的特性。

去年底,恒大做了个研究报告,影响人们买电动车最主要原因是“续航里程”。当时有个出租车司机抛出一个非常现实的问题,我要接个50公里的订单,而我只有30公里的电,我该怎么办?
至少在目前这个阶段,续航,还是纯电车型用户最关心的问题。

我们从头展开开始说:
首先,尊重材料的本性
无论是磷酸铁锂还是三元作正极,电池的本质都是一个一个的化学反应,而化学元素的特性是与生俱来的,材料改性或者是电池内部改变结构,都必须遵循化学元素的天性。磷酸铁锂和三元就有这样天生的基因不同。
先说磷酸铁锂:
如上图,磷酸铁锂是典型的正交晶系,每一个晶胞含有四个单元,一个八面体FeO4分别和一个四面体PO4与两个八面体LiO6共棱,另外一个四面体PO4又与两个八面体LiO6共棱,这样的结构使得锂离子在充放电时可以自由移动。
而人们所熟知的磷酸铁锂的许多特性则是基于P-O共价键的强大,由于P-O共价键的键能很大,所以稳定性很强,不容易分解,高温或者过充都不会使其结构崩塌。

磷酸铁锂电池更适合电功汽车。最重要的原因有两个,价格和循环寿命。

首先是价格。据中国科学院院士欧阳明高老师的介绍,磷酸铁锂系统的度电成本已经可以做到600元/kwh,而三元811系统的度电成本,哪怕是强大如特斯拉恐怕也要1000元/kwh,甚至会更高一些,普通的新能源车企也许要到1200元/kwh。以一款带50度电池的主流车型为例,如果使用磷酸铁锂,成本为3万元,使用三元锂电池,成本则在5万元-6万元之间。这2-3万的BOM成本差异对OEM来说是个天价。

随着新能源车的补贴退坡和停止,电动车要和燃油车在价格上竞争,只能靠磷酸铁锂。这个账很好算,一辆官方指导价为15万元的燃油车,BOM成本通常会在10.5万元左右。通常情况下,燃油车动力总成占BOM成本的比例为25%左右,也就是2.6万元左右。如果使用磷酸铁锂Pack成本可以低至3万元,另外还有加上电机驱动系统的0.5万成本。加上双积分、购置税减免等政策因素的话,电动车比燃油车成本略贵几千块,很有竞争力。

另外就是电池的循环寿命。尽管在不同的给定情况下会出现一些不同的数据,但大致上,普通的使用三元锂电池电动车的充电循环次数为800次左右,而使用磷酸铁锂电动车的充电循环次数为2500次左右。假设一款车型,充满电之后,NEDC续航里程为500公里,则三元锂电池电动车生命周期驾驶总里程为40万公里,而磷酸铁锂电动车生命周期驾驶总里程可以达到125万公里。

对于私家车而言,在它的生命周期里,大概能够跑个二三十万公里,40万公里总驾驶里程的电池寿命基本就够用了。但对于一些用于商业用途的车型,如出租车、客车、卡车,磷酸铁锂则更有竞争力,因为一辆出租车在若干年的使用周期中,很容易开出100万公里。如果使用三元锂电池,需要购买3次车,使用磷酸铁锂,购买一辆车就足以。

这也是为何在商用车领域,在储能领域,磷酸铁锂处于统治地位的原因。

然而,一旦实现了自动驾驶功能,哪怕是私家车,对一块电池总驾驶里程的要求,也将会骤然提升,因为届时私家车的使用率将会大幅提高。特斯拉自研的自动驾驶AI芯片FSD Chip已经批量装车,马斯克称要在2020年底,武装出一支规模达100万辆的无人驾驶出租车队(RoboTaxi)。

在这种情况下,循环寿命更长的磷酸铁锂当然是更好的方案。

磷酸铁锂电池循环5000次剩余容量百分之八十四,三元锂电池循环3900次剩余容量百分之六十六,循环寿命方面进行比较,磷酸铁锂电池组优势更明显。

  如果把剩余容量/初始容量=80%作为测试结束点,目前磷酸铁锂电池实验室1C循环寿命在3500次以上,部分达到5000次,而三元锂电池实验室1C循环寿命在2500次左右。

  在循环寿命这一个点上,磷酸铁锂电池组相较于三元锂电池,真实寿命要长许多。在同等循环次数下,磷酸铁锂电池的剩余容量也比三元锂电池多不少。

  除了在循环寿命方面这两者电池有着较大的差距,在安全性能方面,两者也有不同。

  磷酸铁锂电池组和三元锂电池安全性能比较

  从材料体系方面来进行比较,磷酸铁锂电池组的正极材料分解温度在700摄氏度左右,三元锂电池的正极材料分解温度在200摄氏度左右。

  在实验室的测试环境下,短路的磷酸铁锂电池单体,基本不会有着火的情况出现。而三元锂电池则不一样,会更容易出现着火的情况,所以三元锂电池对于热管理的要求较高,而磷酸铁锂电池组对于温度的适应性更高也更安全。

三元锂电池更好一点,主要区别在于锂电池价格比较低,而且锂电池是环保电池可以循环使用。而磷酸铁锂电池不属于环保材料是不能循环使用的,并且电力也是差一点。
随着锂电工业的不断发展,越来越多的产品中都应用了锂电池产品。目前市场占比较高的产品当属三元18650锂电池。据悉,特斯拉汽车上就是用的三元锂电池产品;。叫其他产品来说,三元锂电池具有更长的寿命,更高的能量密度和更轻的质量。
三元锂电池最大的缺点就是在温度过高、环境密闭的话,在高温的作用下,电解液会迅速燃烧,增加电池发生自燃或自爆的风险。另外,如果回收不当,锂电池中的正极材料会造成重金属污染。
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)。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。原料价格低且磷、铁存在于地球的资源含量丰富,不会有供料问题。


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