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磷酸铁锂电池与三元里电池有哪些区别

磷酸铁锂和三元里电池有哪些区别

 

说到蓄电池的安全,我们不防先最对蓄电池本身物理化学能做一点基本了解,不管那种电池都有一定的安全隐患,不管是对环境的污染安全,还是受不正常使用的自燃现象的安全。

磷酸铁锂电池与三元里电池


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。其特色是不含等贵重元素,原料价格低且磷、铁存在于地球的资源含量丰富,不会有供料问题。其工作电压适中(3.2V)、单位重量下电容量大(170mAh/g)、高放电功率、可快速充电且循环寿命长,在高温与高热环境下的稳定性高。

 

优点——相比目前市面上较为常见的钴酸锂和锰酸锂电池来说,磷酸铁锂电池至少具有以下五大优点:更高的安全性、更长的使用寿命、不含任何重金属和稀有金属(原材料成本低)、支持快速充电、工作温度范围广。

 

缺点——磷酸铁锂存在一些性能上的缺陷,如振实密度与压实密度很低,导致锂离子电池的能量密度较低;材料的制备成本与电池的制造成本较高,电池成品率低,一致性差;产品一致性差;知识产权问题。

 

三元聚合物锂电池正极材料使用镍钴锰酸锂(Li(NiCoMn)O2)三元正极材料的锂电池。据清华大学欧阳明高解释:本次调查中所称的"三元"材料,指的是正极是三元,负极是石墨的通常说法中的"三元动力电池"。而在实际研发应用中,还有一种正极是三元,负极是钛酸锂的,通常被称为"钛酸锂",其性能比较安全,寿命比较长,不属于普通所说的"三元材料。"

 

优点——三元锂电池能量密度高,循环性能好于正常钴酸锂。目前,随着配方的不断改进和结构完善,电池的标称电压已达到3.7V,在容量上已经达到或超过钴酸锂电池水平。

 

缺点——三元材料动力锂电池主要有镍钴铝酸锂电池、镍钴锰酸锂电池等,由于镍钴铝的高温结构不稳定,导致高温安全性差,且pH值过高易使单体胀气,进而引发危险,目前造价较高。

 

对比之下,三元聚合物锂电池的确有着更优于磷酸铁锂电池的特质,然而为什么它的发展却受到了阻碍呢?其中新能源汽车的发展关键,同样也困扰着移动数码产品的发展关键——电池的发展。如何在安全的情况下保证电池技术能够满足消费者日益成长的需求,不仅是汽车科技相关行业人员,还是科研工作者在全领域的追求

 

从更安全角度去考量

磷酸铁锂电

磷酸铁锂电极材料是目前最安全的锂离子电池正极材料,加上其循环寿命达到2000次以上,标准充电(5小时率)使用,可达到2000次的循环性特点,再加上由于产业成熟而带来的价技术门槛和技术的下降,使得很多厂商出于各种因素考虑都会采用磷酸铁锂电池。可以说新能源汽车的兴起,和磷酸铁锂电池有着不可或分的关系。

 

不过,磷酸铁锂电池有一个致命性的缺点,那就是低温性能较差,即使将其纳米化和碳包覆也没有解决这一问题。研究表明,一块容量为3500mAh的电池,如果在-10℃的环境中工作,经过不到100次的充放电循环,电量将急剧衰减至500mAh,基本就报废了。这对于我国幅员辽阔,冬天低气温的确较多的综合国情来说,的确不是一件好事。

 

此外,材料的制备成本与电池的制造成本较高,电池成品率低,一致性差,这也是导致很多纯电动汽车续航能力并不能达到标称值的重要原因。因此,我们可以看到国内有不少的新能源汽车(无论是纯电动还是混合电动),或者是一些比较廉价的新能源汽车,会出于不同的原因选择磷酸铁锂电池。可以说,磷酸铁锂电池的使用,对于新能源汽车量产落地以及推广,都有着不可磨灭的奠基作用。

 

对比之下,三元聚合物锂电池的确有着更优于磷酸铁锂电池的特质,然而为什么它的发展却受到了阻碍呢?


三元聚合物锂电池

 

三元聚合物锂电池是指正极材料使用镍钴锰酸锂(Li(NiCoMn)O2)三元正极材料的锂电池,三元复合正极材料前驱体产品,是以镍盐、钴盐、锰盐为原料,里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整。三元锂电池能量密度更大,但安全性经常受到怀疑。

 

之所以会有这样的原因是即便这两种材料都会在到达一定温度时发生分解,三元锂材料会在更低的200度左右发生分解,而磷酸铁锂材料是在800度左右。并且三元锂材料的化学反映更加剧烈,会释放氧分子,在高温作用下电解液迅速燃烧,发生连锁反应。说简单点,就是三元锂材料比磷酸铁锂材料更容易着火。不过需要注意的是,我们提到的是材料,而不是已经成为成品的电池。

 

三元锂材料容易热解的特性

 

正因为三元锂材料有这样的安全隐患,所以厂商也在努力往抑制产生事故的方向走。根据三元锂材料容易热解的特性,厂商在过充保护(OVP)、过放保护(UVP)、过温保护(OTP)、过流保护(OCP)这几个环节上都会下不少的功夫。所以自燃事件更多是应该考量厂商在这几个环节的功能是否落实到位,而不是简单的因噎废食。

文章写到这里,我们不往再回到我文章刚开头所说的,任何电池都有其物理化学能特性,各有优缺点,电池的发展仍然任重道远,电池技术的突破仍然是未来科技发展的瓶颈,就拿现在新能源汽车产业来说也都在为最关键的主要核心电池的续航、寿命、安全、等这些方面在努力。所以现在只有通过不同管理来规避缺失面,利用优越面,其中蓄电池BMS管理系统就是来整合、调校、监测、保护、蓄电池组的最好办法了,所以电池的安全也会交给BMS来管理。


工业上,铅酸蓄电池的应用仍然是主要配置,不管是电力系统、通信系统、大数据中心,以及各种UPS不间断电源都是以铅酸蓄电池来作为后备电源的核心,同样,一组电池由N节组成,其中存在的不一致性,离散性都会导致蓄电池的不确定性和安全隐患,所以同样需要一套强有效的蓄电池管理系统,PEN-PD110蓄电池在线监测管理系统就是目前广为使用的电池管理系统,其次及时发现问题及时处理问题,所以一年度对蓄电池核容实验,PEN-ZFJ蓄电池智能放电检测仪;因为铅酸电池不像锂电池那样可以大充大放的特性,铅酸电池长期处于浮充的状态下不免会产生电解液硫化,导致内阻的增大,PEN-NZY蓄电池内阻仪对内阻的掌控就非常有必要了。

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