新能源汽车电池材料有哪些?
当前,新能源汽车动力电池属锂离子电池,其构造可分为正极材料、负极材料、电池隔膜、电解液等几部分。从正极材料上看,新能源汽车动力电池大致可分为磷酸铁锂电池和三元锂电池两种。
所谓磷酸铁锂电池,是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池,而三元锂电池则是正极使用镍钴铝或镍钴锰三种材料按一定比例搭配而成的锂离子电池。
与磷酸铁锂电池相比,三元锂电池最大的优势就是能量密度高。它可以通过调整正极材料中镍的占比,来提高电池能量密度。在电动汽车把续驶里程作为主要技术参数的情况下,能量密度更高的三元锂电池,已成为电动汽车动力电池的主要选择,目前装车量已达60%左右。
2018年底,我国三元锂电池电池单体电芯能量密度已达265Wh/kg,2019年宁德时代更是推出了能量密度高达304Wh/kg的811三元锂电池。高能量密度三元锂电池的使用,使我国主流电动汽车续驶里程达到400公里以上,部分车型续驶里程甚至高达500公里,有效缓解了电动汽车的里程焦虑。不过,高能量密度同时也带来了高风险,它的稳定性相对较差,发生燃烧事故的可能性也较高。
磷酸铁锂电池也具有自身优势。
1.循环寿命长。
实验室中,工程师以1C的充放电倍率持续不间断地进行试验,发现磷酸铁锂电池要经过2000次充电循环才会衰减到新电池状态的80%,远高于三元锂电池的800次。
2.安全性能好。
研究表明,磷酸铁锂电池在800℃的时候才会发生分解,且在面对撞击、针刺、短路等情况时不会释出氧分子,不会产生剧烈的燃烧,安全性能高;而三元锂电池在300℃左右就会发生分解,燃烧的概率比磷酸铁锂电池更高。
3.制造成本低。
磷酸铁锂电池电芯每瓦时的成本已降至0.7元以下,而三元锂电池电芯成本依然在每瓦时0.9元左右。一个50kWh的动力电池包,使用磷酸铁锂电池电芯,成本可降低1万元。
另外,磷酸铁锂电池不含重金属,不会对环境造成污染,是一种绿色电池。
磷酸铁锂电池最大的弊端,就是能量密度低。当前,磷酸铁锂电池的能量密度最高只有180Wh/kg,普通产品的能量密度基本只有140Wh/kg。不过,比亚迪推出的全新一代磷酸铁锂电池。新一代磷酸铁锂电池在能量密度上与之前的三元锂电池持平,差不多可达210-270Wh/kg,可使电动汽车续驶里程轻松突破400公里,完全能满足用户对续驶里程的要求,所以,磷酸铁锂电池此前的最大弊端将消失。
新能源电动汽车电池种类大致归为铅酸电池、镍氢电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池和三元锂电池等几大门类。
1、铅酸电池
铅酸电池成本低、低温性好、性价比高;能量密度低、寿命短、体积大、安全性差。由于能量密度和使用寿命很低,作为动力的电动汽车无法拥有良好的车速和较高的续航里程,一般用于低速车。
2、镍氢电池
镍氢电池成本低、技术成熟、寿命长、耐用;能量密度低、体积大、电压低、有电池记忆效应。虽然性能优于铅酸电池,但是含有重金属,遗弃后对环境造成污染。
3、锰酸锂电池
锰酸锂电池成本低、安全性和低温性能好的正极材料,但是其材料本身并不太稳定,容易分解产生气体,因此多用于和其它材料混合使用,以降低电芯成本,但其循环寿命衰减较快,容易发生鼓胀,高温性能较差、寿命相对短,主要用于大中型号电芯,动力电池方面,其标称电压为3.7V。
4、磷酸铁锂电池
磷酸铁锂离子电池热稳定佳、安全、成本低、寿命长,能量密度低、怕低温。电池温度处于500-600℃时,其内部化学成分才开始分解,并且穿刺、短路、高温都不会燃烧或者爆炸,使用寿命也较长。但车辆续航里程一般,当温度低于-5℃时,充电效率低,不适合北方在冬天充电的需求。
5、三元锂电池
三元锂离子电池能量密度高、循环寿命长、不惧低温;高温下稳定不足。能量密度可达最高,但高温性相对较差,关于续航里程有要求的纯电动汽车,其是主流方向,且适合北方天气,低温时电池更加稳定。