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电动汽车动力电池优缺点一览 石墨烯成未来希望

发布日期:2015-09-11

OFweek锂电网讯 如果说燃油车最重要的是发动机,那电动汽车最重要的非电池莫属。如今,购买电动汽车的人越来越多,但面对各种不同的电池,购车者往往一头雾水,究竟哪种电池更好?哪种电池最适合我?

近日,记者就此采访了北汽新能源公司的工作人员。工作人员表示,目前,市场上常见的电动汽车电池,分别是磷酸铁锂电池、三元锂电池和锰酸锂电池。这三种电池各有优缺点,不能笼统地说哪种好,哪种就不好,不过购车者可以根据不同的优缺点选择不同的电池。

·现状·

多种电池搞晕购车人

上周六,刚刚摇到新能源汽车指标的张先生去联合电动汽车超市龙湖长楹天街店购车,他拿到该店销售员提供的各款电动汽车资料介绍后,被各种不同车型的不同电池给搞晕了。

“同样是北汽的电动汽车,EV160的电池是磷酸铁锂电池,EV200的电池就是三元锂电池,还有的车用锰酸锂电池的,这都什么意思啊?我也不是学化学的,这些电池到底哪个更好?”张先生一头雾水。

经过销售员的讲解,张先生才对这些电池有了一定的了解。但因为讲解的时候都是口述,他只记得三元锂电池比另两种电池续航里程多,但价格更贵,其他的他也没记得太清楚。

电动汽车主要用三种电池

北汽新能源的工作人员告诉记者,电池从广义上讲主要可分为化学电池、物理电池和生物电池三大类,其中化学电池和物理电池已经应用于量产电动汽车中,而生物电池则被视为未来电动汽车电池的重要发展方向之一。

化学电池是目前电动汽车领域应用最为广泛的电池种类,如镍氢电池、锂离子电池、锂聚合物电池、燃料电池等。这其中,最广泛应用于电动汽车的就是锂离子电池,也就是我们常说的锂电池。根据电池正极材料的不同,锂电池又可以分为磷酸铁锂电池、三元锂电池和锰酸锂电池等。

北汽新能源的工作人员告诉记者,以上这三种化学电池各有其优势性,很难说哪种电池是最好的。车主在购车时,除了看汽车性能、价格和外观外,还需根据自身对电池需求进行选择。

·解析·

锰酸锂电池

成本较低廉 续航里程短

锰酸锂电池其标称电压达到3.7V,以成本低,安全性好被广泛使用。目前,日产启辰晨风使用的正是这款电池。锰酸锂电池拥有较好的安全性能,而且振实密度较大,同样体积下电池中能装下更多的物质,拥有更高的电量。由于锰元素储量高,资源丰富,生产制造锰酸锂电池的成本也较低,能降低消费者的购车成本。


但锰酸锂电池的缺点也很明显。其能量密度与磷酸铁锂电池类似,对于整车的续驶里程有一定影响。与其他锂离子材料相比,锰酸锂电池的耐高温性能也较差,相对寿命也会受到影响。

此外,由于锰的本身性质不太稳定,易分解产生气体,因此多用于和其他材料混合使用,以降低电芯成本,但其循环寿命衰减较快。同时,不稳定性也会使电池本身容易发生鼓胀。

磷酸铁锂电池

价格较便宜 -5℃以下充电难

据北汽新能源的工作人员介绍,目前国内电动汽车普遍采用的电池体系就是磷酸铁锂电池,其优势是安全性能好、循环寿命长且价格低廉。

磷酸铁锂电池的安全性好,可以在390℃以内的高温下保持稳定,不会因过充、温度过高、短路、撞击而产生爆炸或燃烧,可以轻松通过针刺实验。此外,磷酸铁锂电池的使用寿命也比较长,理论寿命可以达到7-8年。

磷酸铁锂电池的热稳定性是目前车用锂电池中最好的,当电池温度处于500℃-600℃高温时,其内部化学成分才开始分解。

但受限于材料本身和技术方面的原因,磷酸铁锂的能量密度较低,北汽新能源的磷酸铁锂动力电池系统的能量密度达到了90Wh/kg以上,这一数字在国内已经处于领先水平,但和三元锂电池相比仍有不小差距,这对于整车的续驶里程有一定影响。此外,磷酸铁锂电池的容量较小,同样的电池容量,磷酸铁锂电池的重量更重、体积更大,也影响了其续航里程。

磷酸铁锂电池在低温下的表现也是目前一部分新能源车主的痛点所在,冬天一般只允许在-5℃以上直接充电,不能满足北方车主在冬天低温下充电的需要。

此外,磷酸铁锂电池平整的放电平台也给电池荷电状态(即SOC)估算带来了困难。电池SOC估算是电动汽车电池管理系统中重要的一部分,SOC反映了电池的剩余容况,即在一定的放电倍率下,当前电池的剩余容量与总的可用容量的比值。磷酸铁锂电池的电压平台和严重的两端极化则不利于SOC的估算。

三元锂电池

体重轻小 续航里程非常棒

此前,只有特斯拉等国外少数电动汽车厂商使用三元锂电池。但从去年开始,北汽EV200也开始使用三元锂电池。三元锂电池是一种使用锂镍钴锰三元正极材料的锂电池,此前在笔记本等电子设备领域得到广泛运用,如今也为越来越多的车企运用于新能源车的动力储备方面。

总体来说,三元锂电池具有能量密度高的突出特点,因此在同样的电量下,三元电池系统的重量更轻、体积更小,使得整车的续驶里程可以大幅提升。此外,三元锂电池还具有低温性能好、放电倍率高、一致性好和SOC估算简便等优点。

与磷酸铁锂电池相比,三元锂电池的能量密度要高出许多,北汽新能源的三元动力电池系统能量密度能达到105-120Wh/kg,这也就意味着同样重量的三元锂电池比磷酸铁锂电池的续航里程更长;在具备相同电量的前提下,三元锂电池的重量更轻、体积更小。

三元锂电池的低温性能好。北汽新能源针对北方的低温使用需求,通过采用定制开发的低温改善型电芯,动力电池系统可实现-20℃直接充电,这大幅缩短了冬季充电时间。以北京为例,全市12月-2月的低温普遍约为-9℃至-6℃,极端最低气温更可达到-20℃至-15℃,在此环境下,一般的车载电池就会因无法充电而停止工作,而北汽新能源的三元锂电池则可正常使用。

但其缺点也显而易见,三元锂电池的热稳定性不如磷酸铁电池,当其自身温度达到250℃-350℃时,内部化学成分就开始分解。因此对电池管理系统提出了极高的要求,需要为每节电池分别加装保险装置,这就会加大其经济成本。同时,由于全球镍、钴资源紧张,其大量应用可能导致市场价格上涨,也会增加未来的用车费用。

除此之外,三元材料的脱氧温度是200℃,放热能量超过800J/g,并且无法通过针刺实验。这就表明了三元电池在内部短路、电池外壳损坏的情况下,很容易引发燃烧、爆炸等安全事故。另外,由于三元锂电池材料本身的性质,导致三元锂电池在使用寿命上相对较短。

·未来·

石墨烯电池将

改变汽车行业

如今,电动汽车的发展都聚焦在电池上,电池制造商都在着力让电池在不减少电能储备的情况下变得更轻小。

生物电池一直被视为未来电动汽车电池的重要发展方向之一。2013年科学家已经发现,可以把细菌体表蛋白生成的能量收集起来,作为电能。

但由于技术条件的制约,生物燃料电池的研究利用还处于不成熟阶段。远没有达到全面推广的时期。目前,科学家们正在为生物电池能够尽快地应用到电动汽车上而不断努力着。

相比较看似遥远的生物电池,目前最有望改变电动汽车续航里程乃至整个汽车行业的是石墨烯电池。

在锂电池内添加石墨烯,可以帮助锂电池降低产能时的热量,达到减少能量损失的目的,最终避免大量能量被浪费,同时也能减少热量对电池的损害,提高电池的使用寿命。

石墨烯电池的普及将会是电动汽车的飞跃,一旦石墨烯电池应用到电动汽车上,对整个汽车行业将是颠覆性的改变。

目前,在中国无锡、青岛、常州等地都建有石墨烯产业示范基地,全世界的科学家都在致力于尽快让石墨烯电池量产。

文章来源:法制晚报







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