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帶你認識一下鎳鈷錳鎳鈷鋁三元鋰電池

鉅大LARGE  |  點擊量:5556次  |  2018年08月22日  

摘要
隨著電動車的廣泛普及,身邊有好多朋友一直來問動力電池的相關問題,Shock身為一個冒險家,別的可以不看,但對自己出外冒險裝備的可靠性卻是最為重視的。今天我就請來了一位我的好朋友,跟大家聊聊動力電池的那些事。

隨著電動車的廣泛普及,身邊有好多朋友一直來問動力電池的相關問題,Shock身為一個冒險家,別的可以不看,但對自己出外冒險裝備的可靠性卻是最為重視的。今天我就請來了一位我的好朋友,跟大家聊聊動力電池的那些事。

大家好,我是動力電池家族的明星成員小錳,也就是鎳鈷錳三元鋰電池(NCM)。我們動力電池家族的歷史可以追溯到1837年。當時蘇格蘭的羅伯特·安德森給四輪馬車裝上了電池和電動機,將其成功改造為世界上第一輛靠電力驅動的車輛。那為什么電動車出現得這么晚?主要是因為續航、充電時間、安全性等關鍵問題。而我們家族的成員們,就是為了解決這些問題而誕生的。

我們的家族成員都是誰?

比較有知名度的是磷酸鐵鋰電池、鈦酸鋰電池,還有我和我的兄弟鎳鈷鋁三元鋰電池(NCA)。我們由不同的元素組成,所以有著不同的能力和特性。比如磷酸鐵鋰電池,脾氣最好最穩定,但同等體積下儲存的電能(能量密度)不夠多,進而影響了車輛的續航能力。再來說鈦酸鋰電池,它能夠快速放電并提供大功率的輸出,能給大巴和坦克供電。但是它的能量密度比較低,而且原材料與制作成本太高,所以一般的電動車并不舍得用它。最后說我們兄弟倆,我們的脾氣也不錯、能量密度更高,還能夠平衡續航和穩定性,所以就成為了當下消費級電動車動力電池的首選。

我到底是種怎樣的電池?

科學地講,三元鋰電池是以鎳鈷元素作為正極材料,以錳鹽或鋁鹽來穩定化學架構的一種鋰電池。我的優點前面已經說過了,這里主要說下我的脾氣。我的脾氣雖然還可以,但是如果腦子內部短路或者被撞擊、穿刺和燒烤,我也是會生氣失控的。所以為了不讓我生氣,科學家們在金屬鹽和包裝方式的選擇等方面下了不少功夫。

穩定性的選擇:鋁還是錳?

同樣身為三元鋰電池,我和我兄弟還是有不同的性格與特征。大哥鎳鈷鋁制作不僅工藝要求高且成本高,但鋁可以起到提高電池循環化學穩定性的作用,搭配在三元體系中,鎳含量可以得到一定提升,從而實現更高的電池能量密度。但是鎳鈷鋁晶體結構較鎳鈷錳不穩定,容易在較高溫度的情況下,發生崩塌導致熱失控,進而引發風險。相比之下,我體內的錳元素雖然較難穩定更多的鎳,而導致目前鎳鈷錳體系能量密度稍低所以續航表現不如鎳鈷鋁,但含錳三元體系熱穩定性更佳,同時鎳含量比例較少,因此作為動力電池更為安全。

包裝方式的選擇:圓還是方,軟還是硬?

我身體里的鎳鈷錳,在達到一定溫度時會發生分解,釋放氧氣,而氧氣會加速高溫作用下電解液的反應,進而造成風險。所以我需要更為可靠的包裝方式。當下最主流的方式有三種:圓柱型、方殼型和軟包型。

圓柱型:電芯以緊密的卷繞方式包裝,內部排列更緊湊,聚集的能量更多。不過因為圓柱型的電池體積小,如果想要提供更多的能量,則需要大量的單體電池來組成電池包,所以電池的一致性很難保證。電池的一致性管理不當會導致多種不好的結果,其中一種就是內阻增高致使電池內部溫度失控引發危險。

方殼型:能把內部材料卷覆得較為緊密,再加上有鋁殼限制不容易膨脹所以相對安全。這種包裝方式可在內部配備防爆塞,如果有熱失控的情況,會從防爆塞的固定方向釋放膨脹空氣,不容易影響其它電芯。

軟包型:在結構上采用鋁塑膜包裝,因為沒有鋁殼的空間限制,所以在同樣體積的狀況下可裝入較多能量,反應最直接最徹底。但也因為沒有鋁殼限制,電池包容易鼓氣或變形,會有安全隱患。

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