首页 » 产品技术 » 电源技术 » 磷酸铁锂电池 VS 三元锂电池,谁才是锂电池王者?

磷酸铁锂电池 VS 三元锂电池,谁才是锂电池王者?

作者:  时间:2020-08-04 14:06  来源:52赫兹实验室

序言

在说这个话题之前,先问大家一个问题:

对于新能源汽车来说,你觉得最重要的是什么?

对,没错,就是电池。

我们可以做个这样的比喻:

汽车也有"心脏",燃油车的心脏就是内燃机,而电动车的心脏就是电池。

"心脏"的好坏决定了车辆行驶的长短。

作为电动汽车界的领军者-特斯拉,在2020年1月份宣布中国版的Model 3系列将在下半年生产中,搭载中国企业宁德时代生产的磷酸铁锂电池。

看到这个消息,肯定有同学会疑问了:

宁德时代是什么样的公司?它的技术有多厉害,能被特斯拉采用?

今天咱们就来说说这个。

宁德时代

宁德时代是由被称为“中国电池大王”的曾毓群在2011年成立的公司。

成立6年,就晋升为动力电池行业龙头,2017年销量全球第一,2018年更是迅速登陆A股创业板,目前市值大约是4600亿人民币。

到今天为止,中美欧以及日韩地区的主流车企几乎都成了宁德时代的客户,其中包括特斯拉、宝马、大众、丰田、现代、上汽、蔚来等品牌。

能做成这么大的成就,必定有两把刷子的。

宁德时代的"武器"有两把,除了常见的“磷酸铁锂”电池之外,还拥有一个领先全行业的秘密武器—三元锂电池。

那这两种电池有啥区别呢?

锂电池

首先咱们先来了解锂电池。

锂电池主要分为软包形、圆柱形、方壳形。

虽然它们的形状不一样,但是工作原理都是一样的。

锂离子电池是以碳材料为负极,通常是石墨;以含锂的化合物作正极,没有金属锂存在,只有锂离子,它工作原理主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。

具体来说是这样的:

当对电池进行充电时,电池的正极上有锂离子生成,生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构,它有很多微孔,达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中,嵌入的锂离子越多,充电容量越高。

同样,当对电池进行放电时,也就是我们使用电池的过程。嵌在负极碳层中的锂离子脱出,又运动回正极。回正极的锂离子越多,放电容量越高。

锂电池爆炸

但是之前我们总看到这样的消息,说某品牌手机锂电池会爆炸。

这是因为什么原因呢?

我们知道电池中的锂金属化学性质十分活跃,是易燃物质。

一旦和空气接触,就会跟空气中的水发生猛烈的化学反应,瞬间产生大量的氢气,并释放出热能,极易引起燃烧和爆炸。

用高中化学的知识就是这样的一个方程式:

2Li+2H2O=2LiOH+H2

而现在锂电池中的锂,经过处理后会降低活性。在锂电池正负极之间,还有一层金属薄膜,可以防止电池内部短路。

再加上我们使用的电池都是密封的,锂离子根本没有机会和空气直接接触,从而有效的保证了电池的安全。

磷酸铁锂VS三元锂电池

那什么是磷酸铁锂电池,什么又是三元锂电池?

其实它们都只是正极材料不同而已。因为不同类型的锂电池负极都是石墨,正极材料不同。所以用正极材料来区分不同类型的锂电池。

也就是说:

磷酸铁锂电池就是用磷酸铁锂做正极,三元锂电池也叫三元聚合物锂电池,主要是由镍钴铝或者是镍钴锰 做正极。

那么这两种电池有什么区别呢?

简单来说磷酸铁锂电池,它主要的优点是安全性高,循环寿命更长,理论寿命可以达到7到8年。但是缺点就是能量密度低,意味着续航能力差。

反观三元锂电池这边呢,它的主要优点是储能密度更高,意味着续航能力高。但是缺点就是安全性差,寿命差,并且元素是有毒的。

三元锂电池

三元锂电池它的三种正极材料都是夹在一起的。

但是由于钴离子的半径比较大,所以它们搭在一起的时候会留出一个固定的空隙,给那些锂离子自由出入,因此钴酸锂相对来说比较稳定。

而镍离子的半径要小过锂离子,所以镍酸锂能量密度会更大,而又由于其太密实了,就容易出现阳离子混排的现象。

所以三元锂电池镍成分不可以太高。

这时就需要添加钴来增加电池的稳定性,但是钴却是比较贵的金属,全球的储备量有限。为了降低成本,就用锰和铝元素来作为支撑材料,同时也就只能降低钴含量。

但是没有钴的话稳定性会比较差。

在2020年又出现了宁德时代的无钴电池,要说明的是这并不是真正的"无钴电池"。它其实就是采用CTP技术设计的磷酸铁锂电池。

CTP技术就是把电芯放入设计好的电池包内,然后按照最佳的排列组合方式,组装成高效的锂电池。

这样优化的结果是,体积利用率可以提高15%-20%,能量密度可以提升10%-15%。零部件数量可以减少40%,生产效率可以提升50%,投入应用后会大幅降低动力电池的制造成本。

作为宁德时代的竞争对手比亚迪公司在2020年3月发布了一款刀片电池。

它的本质还是磷酸铁锂电池,只不过是电池结构设计上有所创新。它其实就是直接把电芯宽度无限拉长,厚度做薄,做成90厘米甚至快1米的超长电芯,也就是又扁又长,像刀片一样。

这样改造的结果就是体积能量密度提升明显,较原有电池系统可提升30%以上。并且节省物料、人工费用等,成本有望降低30%,并且刀片电池更薄,因而散热效果更好。

不管是宁德时代的CTP技术,还是比亚迪的刀片电池,最终都提高了磷酸铁锂电池的能量密度,目的是让其能达到三元锂电池的水平。

同时改造后的磷酸铁锂的电池,都能达到400公里以上的续航里程需求。而整个电池生产的其他材料无需改变,并且生产线变动也不大,也就是很快能量产。

简单来说,这两种技术都是通过提升生产效率来降低电池的成本。

最后

如今新能源汽车和充电装置已经被列入了国家的“新基建”计划,毫无疑问,它将会迎来一个巨大、更加富有挑战性的市场。

汽车产业一直都是世界上最大的产业之一,面对新能源革命。

新能源汽车大概率将会在未来成为事关国计民生的重要支柱产业,而动力电池恰恰就是新能源汽车的生命源泉所在。

在三元锂电池领域宁德时代已经是老大了。

随着CTP技术的无钴电池的出现,宁德时代将磷酸铁锂电池的成本降低到了600元以内,而三元锂的成本还维持在1000元左右。

正是由于宁德时代磷酸铁锂电池成本的大幅降低,也吸引了迫切想要提升销量的特斯拉,两者一拍即合。为新车装上了磷酸铁锂电池,这样一来,特斯拉的新车的价格有望进一步下降。

最终受益的还是咱们老百姓。

相关推荐

磷酸铁锂电池 VS 三元锂电池,谁才是锂电池王者?

众多机构看好电动车市场 高瓴资本100亿元入股宁德时代

能降温的锂电池才是行业的好电池

产品与技术 2020-07-15

马斯克一把抓住宁德时代

产品与技术 2020-07-13

电动汽车电池的“中场战事”:宁德时代、比亚迪血拼三星、松下

进击的刀片电池:比亚迪PK宁德时代胜算几何?