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磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池哪個好

鉅大LARGE  |  點擊量:16637次  |  2018年05月27日  

摘要
磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。鋰離子電池的正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。其中鈷酸鋰是目前絕大多數鋰離子電池使用的正極材料。   2、

1、磷酸鐵鋰電池:是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。鋰離子電池的正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。其中鈷酸鋰是目前絕大多數鋰離子電池使用的正極材料。


2、三元聚合物鋰電池:是指正極材料使用鋰鎳鈷錳三元正極材料的鋰電池,鋰離子電池的正極材料有很多種,主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。


一、磷酸鐵鋰電池


磷酸鐵鋰電池:是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。其特色是不含鈷等貴重元素,原料價格低且磷、鐵存在于地球的資源含量豐富,不會有供料問題。其工作電壓適中(3.2V)、單位重量下電容量大(170mAh/g)、高放電功率、可快速充電且循環壽命長,在高溫與高熱環境下的穩定性高。


優點:


相比目前市面上較為常見的鈷酸鋰和錳酸鋰電池來說,磷酸鐵鋰電池至少具有以下五大優點:更高的安全性、更長的使用壽命、不含任何重金屬和稀有金屬(原材料成本低)、支持快速充電、工作溫度范圍廣。


缺點:


磷酸鐵鋰存在一些性能上的缺陷,如振實密度與壓實密度很低,導致鋰離子電池的能量密度較低;材料的制備成本與電池的制造成本較高,電池成品率低,一致性差;產品一致性差;知識產權問題。


二、三元鋰電池


三元聚合物鋰電池:正極材料使用鎳鈷錳酸鋰(Li(NiCoMn)O2)三元正極材料的鋰電池。據清華大學歐陽明高解釋:本次調查中所稱的“三元”材料,指的是正極是三元,負極是石墨的通常說法中的“三元動力電池”。而在實際研發應用中,還有一種正極是三元,負極是鈦酸鋰的,通常被稱為“鈦酸鋰”,其性能比較安全,壽命比較長,不屬于普通所說的“三元材料?!?/p>


優點:


三元鋰電池能量密度高,循環性能好于正常鈷酸鋰。目前,隨著配方的不斷改進和結構完善,電池的標稱電壓已達到3.7V,在容量上已經達到或超過鈷酸鋰電池水平。


缺點:


三元材料動力鋰電池主要有鎳鈷鋁酸鋰電池、鎳鈷錳酸鋰電池等,由于鎳鈷鋁的高溫結構不穩定,導致高溫安全性差,且pH值過高易使單體脹氣,進而引發危險,目前造價較高。


總結:對比之下,三元聚合物鋰電池的確有著更優于磷酸鐵鋰電池的特質,但是目前隨著新能源它的發展卻受到了阻礙,但是總得來說三元聚合物鋰電池更好。


電芯按照材料,主要分為磷酸鐵鋰和錳系(含鈷鋰,三元等材料)。


鐵鋰標稱電壓3.2-3.3V,錳系3.6-3.7V,這個是最明顯的區別。


鐵鋰體系的優點:理論壽命長,理論耐過充過放性能優良


三元體系的優點:能量密度高,低溫性能好,體積小,放電線性好。


鐵鋰的缺點:體積大,重量大,放電線性不好,低溫性能差。


三元體系的缺點:循環壽命略差,高溫條件下壽命差。


很多介紹鐵鋰的文章,都會提到循環壽命最少有1500循環,2000-3000也很常見。如果事實是這樣,那鐵鋰的優勢確實非常大,不過實際和理論卻有很大差異。本人經手過一個鐵鋰電芯,國內某大廠產的,實際壽命大約在100循環左右,勉強和鉛酸能比比,這種在理論上也是2000的壽命,實際只有1/20,當然這種是比較渣的類型,不具備代表性。按照幾年使用經驗來看,品質可以的鐵鋰,壽命會略有優勢,不過優勢非常微弱,和理論上的指標依然有很大差異,達到了可以忽略不計的程度。


所以,如果是基于壽命方面的考慮去選擇鐵鋰,那基本是不靠譜的事情!


低溫性能。


鐵鋰的低溫性能是硬傷,江浙地區,在冬天0-5度的氣溫下,鐵鋰的表現大約是夏天的75%左右,大功率車大電流條件下,甚至會更低。三元類的電池在同樣氣溫下,大約是夏天的90%左右,有下降,但還不太明顯。更靠北方的地區,下降的會更多一點。不同地域的客戶,在選擇鋰電材料的時候,這點是必須要考慮到的。


放電線性。


放電線性簡單的說,是剩余電量和電壓之間的關系。


鐵鋰由于材料特性,放電有高壓區,平臺區和低壓區。其中高壓和低壓區,電壓的下降都非???,在平臺區,下降非常滿。最終的使用表現就是充滿的鐵鋰,起步幾百米,就會掉好幾V虛電,然后會進入一個電壓下降非常緩慢的平臺區,大約放出80-90%的儲電量之后,會進入到低壓區。這種放電特性從好的方面來說,主要放電區間電壓都非常平緩,從不好的方面來說,用戶很難根據電壓顯示數據來判斷剩余電量的多少,搞不好就要推車。


過充過放性能。


鐵鋰的一大優勢(理論)是耐過充過放,通常來說,鐵鋰短時間過充到5V沒有危險,立即釋放多余電量的話,對性能也沒有太明顯的影響。而錳系電池,到5V已經會有明顯的過充反應,會對電芯造成比較嚴重的損傷。


過放狀態下,鐵鋰到0V都可以恢復正常(性能會略有下降),三元體系過放到0V就報廢了。


基于以上字面理解,鐵鋰具有更好的過充過放性能。


實際上,由于鐵鋰的高壓和低壓區充放電曲線非常陡峭,微弱的電量都會引起電壓的顯著變化。事實的表現剛好會和字面上的意思相反。


比如同樣容量的鐵鋰和三元體系電芯,在充滿的條件下,串聯起來做過充測試,鐵鋰的電壓會升的非???,會早于錳系報廢;過放測試也一樣,如果是單節,過放的最低下限就是0V,實際電池組中,過放到0V不會停止,電芯會以很快的速度變成負壓導致報廢。


體積。


鐵鋰的體積天然劣勢。同樣的尺寸條件下,鐵鋰能裝10AH的,三元體系通常能裝到15AH以上。這對目前大功率電摩來說,具有非常大的差異。


以驃騎車型為例,裝鐵鋰電池,一般在72V80AH左右,要裝100AH需要做比較大的改動,換成三元類的電池,裝150AH是比較簡單的,要裝到200AH也不難。這對需要長途和大電流放電的客戶,鐵鋰的劣勢就非常大了。不論在放電輸出電流,還是續航里程,都不是差一點點。


實際壽命。


鐵鋰質量比較好的情況下,1年衰減量可以控制在5%以內,第二年可以在15%以內。三元類型的,1年降幅在7-10%,2年在20-25%。當然,具體也和使用負荷,使用頻率有關系,這里只是一個大概的表述。


綜合多種因素,鐵鋰的使用特性大致可以表述為:尺寸相對較大,低溫性能不好,可以在壽命期內保持相對平緩的衰減速率,一般用5年左右是可以的;三元體系的特點:體積小,可以裝更大的容量,冬天性能下降不多,初期容量較大,比鐵鋰有明顯的里程優勢,壽命后期會有比較明顯下降,一般壽命3左右年。

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