“磷酸铁锂虽好,但不及三元电池之优。”

新能源汽车的动力电池可以分为二次电池(包括铅酸电池,镍镉电池,镍氢电池,锂电池)和燃料电池。

本期我们继续将其细化,从锂电池的分类入手,解析目前市场上动力电池的主流技术路线。

工作原理

首先纠正一个概念,锂电池按照正负极使用的材料不同,通常分两大类 :

锂金属电池,也就是使用二氧化锰为正极材料,金属锂或其合金金属为负极材料的电池;锂离子电池,使用锂合金金属氧化物为正极材料,石墨为负极材料电池。

锂金属电池其性质不够稳定而且不能充电,所以不属于二次电池。对于新能源汽车来讲,我们平时说的锂电池,就是指锂离子电池。

我们来看看锂离子电池的工作原理,如下图:

锂离子电池主要由正极(含锂化合物),负极(碳素材料),电解液,隔膜四个部分组成:

电池充电时,正极上锂原子电离成锂离子和电子(脱嵌),锂离子经过电解液运动到负极,得到电子,被还原成锂原子嵌入到碳层的微孔中(插入);

电池放电时,嵌在负极碳层中的锂原子,失去电子(脱插)成为锂离子,通过电解液,又运动回正极(嵌入);

锂电池的充放电过程,也就是锂离子在正负极间不断嵌入和脱嵌的过程,同时伴随着等当量电子的嵌入和脱嵌。锂离子数量越多,充放电容量就越高。

分类

因正极材料不同,锂离子电池主要分为:磷酸铁锂(LFP),镍酸锂(LNO),锰酸锂(LMO),钴酸锂(LCO),以及镍钴锰酸三元锂(NCM)、镍钴铝酸三元锂(NCA),负极材料主要采用石墨碳材料。

各类型的化学成分,结构以及主要性能比较如下:

技术路线

基于上表,我们来理一理不同类型锂电池在市场的应用情况。

先说说钴酸锂,作为锂电池的鼻祖,当然也可能是作为动力电池先试试水,最先用在特斯拉Roadster上,但由于其循环寿命和安全性都较低,事实证明其并不适用作为动力电池。为了弥补这个缺点,特斯拉运用了号称世界上最顶尖的电池管理系统来保证电池的稳定性。钴酸锂目前在3C领域的市场份额很大。

第二是锰酸锂电池,主要最先由电池企业AESC提出,这个AESC来头可不小,是日产和日本电气股份有限公司(NEC)的合资。锰酸锂代表车型是为日产聆风,由于其价格低,能量密度中等,安全性也一般,具有所谓的较好综合性能。所谓成也萧何败也萧何,也是正因为这种不温不火的特性,其逐步被新的技术所替代。

接着是磷酸铁锂,作为比亚迪的主打,其稳定好,寿命长,且具有成本优势,特别适用于需要经常充放电的插电式混合动力汽车,但其缺点是能量密度一般。

最后是三元锂电池,作为冉冉升起的新星,能量密度可达最高,但安全性相对较差。对于续航里程有要求的纯电动汽车,其前景更广,是目前动力电池主流方向。

下图是今年7月特斯拉发布的MODEL 3,采用松下的21700型的三元(NCA)圆柱形的电池。

其实,动力电池市场上,存在着中日韩三国巨头的技术路线之争,它们都在招兵买马,拓展疆土,抢夺山头,上演着所谓的“三国演义”。