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刀片电池对比三元锂电池 谁才是新能源的未来

汽车 | 发布时间:2020-09-21 | 人气: | 未知
摘要:在纯电动车刚刚兴起时,很多车型的动力电池采用的是磷酸铁锂,然而最近几年三元锂电池却后来居上,占据了半壁江山。不过随着比亚迪刀片电池的出现,让大家看到了磷酸铁锂电池
在纯电动车刚刚兴起时,很多车型的动力电池采用的是磷酸铁锂,然而最近几年三元锂电池却后来居上,占据了半壁江山。不过随着比亚迪刀片电池的出现,让大家看到了磷酸铁锂电池的新潜力。
 
那么到底是磷酸铁锂电池更好,还是三元锂电池更适合时代?今天我们就来对比一下最近大热的刀片电池和三元锂电池的区别。
 
在动力电池界,三元锂和磷酸铁锂是最常用的两种锂离子电池。三元锂电池因为其正极材料中的镍钻铝(NCA)或镍钻锰(NCM)而得名"三元",而磷酸铁锂电池的正极材料为磷酸铁锂。
 
其实关于三元锂电池和磷酸铁锂电池优劣的争论一直没有停歇过,但是因为两者拥有各自鲜明的特点,所以一直没有一个很直观的结论出现。
 
磷酸铁锂电池采用铁来做电池原料,一来成本低廉,二不含重金属,对环境污染较小,工作电压为3.2V。磷酸铁锂晶体中的P-O键稳固,因此在零电压存放时并不会有泄漏,高温条件下或过充时安全性非常高,可快速充电,高放电功率,无记忆效应,循环寿命高。磷酸铁锂电池的缺点在于其性能受温度影响大,尤其是低温环境下,放电能力和容量均会大幅度降低,另外产品的成品率和一致性也饱受质疑。
 
三元锂电池包含了许多不同比例类型的电池。从形状上来区分,可分为软包电池、圆柱电池和方形硬壳电池。其标称电压可达到3.6-3.8V,能量密度比较高,电压平台高,真实密度高,续航里程长,输出功率较大。由于镍钴铝的高温结构不稳定,导致三元锂电池的热稳定性差,但低温性能优异,不过造价也比较高。
 
磷酸铁锂电池和三元锂电池作为目前乘用车动力电池的两大类型,它们拥有各自的优劣势。但刀片电池结构的出现,确实对传统的三元锂电池设计提出了挑战,搭载刀片电池的汉续航里程已经超过了600公里,从续航距离上已经和三元锂电池不相上下。
 
刀片电池本质上还是磷酸铁锂电池,所谓刀片电池指的是物理结构上的改变。
 
传统的电池包内部结构由多个电芯(Cell)构成电池模组(Module),通过螺栓固定到带有横梁和纵梁的外壳上,形成电池包(Pack)。这种电芯-电池模组-电池包的集成设计,横梁和纵梁占用了不少的空间,螺栓等附件增加了了重量,限制了电池包总容量和能量密度的提升。
 
不论是特斯拉的三元锂电池,还是比亚迪之前的磷酸铁锂电池,封包设计都大同小异。在这样的结构下,能量密度更小的磷酸铁锂电池相比三元锂电池自然不占优势。这也是为什么近些年三元锂电池成为了主流。
 
为了在车身底部空间有限的情况下,进一步提升电池包的容量,刀片电池采用了CTP(Cell To Pack)设计思路,把电芯以阵列方式直接装到电池包壳体内(省略了把电芯组装成模组这一步)。这种设计能够在保持电池包强度的前提下,省去了横梁、纵梁以及各种螺栓等附件,从而提升了电池包壳体内部的空间利用率,实现电池包总容量和能量密度的提升。
 
于是刀片电池在采用原有电芯类型和技术的前提下较大地提升纯电动车的续航里程。另外,轻薄的长方体电池可以带来绝佳的散热效果。
 
当刀片电池技术与磷酸铁锂电池技术融合后,磷酸铁锂电池包的体积能量密度有了明显的提升,从而在续航里程与安全性上实现了更好的平衡。
 
从目前刀片电池量产后的情况来看,汉纯电动版的续航里程最长为605km,已经追近了主流采用三元锂离子电池纯电动车650km左右的续航里程,而其更高的安全系数和更好的容量衰减特性让磷酸铁锂电池重新回到了市场。
 
谁是电动车的未来?
 
文章开头我们提到,早期的电动汽车大多采用磷酸铁锂电池,不过后来随着补贴政策跟电池能量密度挂钩,再加上用户对于纯电续驶里程的要求以及三元锂离子电池技术的发展等,目前市面上大多数新能源车型搭载的都是三元锂离子电池。
 
在纯电续航里程及电池能量密度成为影响补贴最核心的两项指标的时代,盲目的追逐补贴其实让很多技术并不成熟的产品牺牲了安全性换取更高的能量密度,各种层出不穷的起火、召回案例就是在为这些乱象买单。
 
然而电动市场的发展方向终归是好的,随着补贴政策的退坡、政策红利逐渐减弱,如今行业对于纯电续航里程及电池能量密度的追求不再像之前那么狂热。磷酸铁锂更高的安全性、更高的经济性、更好的循环寿命重新开始被更多车企选择。
 
虽然补贴退坡,但对于消费者而言,最关键的的仍然是磷酸铁锂电池能获得补贴吗?根据最新的国家补贴政策,车辆的续航里程至少要在300km以上,电池系统的能量密度不低于125Wh/kg。
 
近几年随着技术的进步,磷酸铁锂电池的能量密度有了一定的提升。比亚迪、力神、国轩等电池厂商量产的磷酸铁锂电池电芯单体能量密度都能达到190Wh/kg,并有望达220Wh/kg。比亚迪的刀片电池能量密度也达到了140Wh/kg,NEDC标准下续航里程可达605km。
 
所以从技术上来讲,达成补贴需要的两项指标并不难。那么这样来看循环寿命长、成本更低的磷酸铁锂电池会占据主要市场吗?
 
首先需要肯定的是,刀片电池的表现足够出色,用更低的价格获得相同续航里程、技术性能的产品,用回磷酸铁锂电池并不是坏事,反而是弥补了磷酸铁锂电池的不足,并且拥有更高的安全性。但对于磷酸铁锂市场来说,由于在材料方面的局限,电芯单体的能量密度难有跨越式发展。毕竟并不是所有车企都有刀片电池这样的CTP电池包技术。
 
总的来说,三元锂电池拥有更高的开发潜力,刀片电池作为一种新的封包技术能让磷酸铁锂电池在现阶段达到三元锂电池的水准,并且更加安全、成本更低。但在未来三元锂还会是主流的应用技术,比亚迪也坦言三元锂电池为电芯的刀片电池从理论上会有更强的续航能力,只不过做成刀片电池形态,在碰撞方面(尤其是挤压方面)还需要投入更多研究。
关键词:新能源汽车
责任编辑:JAK-2598

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