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动力锂电池正极材料之争,三元材料该何去何去?

钜大LARGE  |  点击量:74次  |  2021年04月07日  

摘要
其实,关于商用车企呼吁取消使用三元材料动力电池一事,笔者早已耳闻。此前,有关单位发布就曾发布《关于对暂缓在商用车上使用三元材料动力锂离子电池建议的函征求企业意见的通知》(简

其实,有关商用车企呼吁取消使用三元材料动力锂电池一事,笔者早已耳闻。此前,有关单位公布就曾公布《有关对暂缓在商用车上使用三元材料动力锂离子电池建议的函征求公司意见的通知》(简称通知),通知里建议工信部暂缓在纯电动商用车上使用三元材料动力锂离子电池。只不过,刚接到消息没几天,车企们就已经迫不及待来京商讨具体事宜了。


而在一月23-二十四日举办的我国电动汽车百人会论坛(2016)上,工业和信息化部装备司司长张相木表示,工信部将组织开展对三元锂离子电池的风险评估,在评估完成前,暂停三元锂离子电池客车列入新能源汽车推广应用推荐车型目录。


三元材料电池为何躺枪?


有关三元材料电池的信息,我们听闻最多的就是三元聚合物锂离子电池(简称:三元锂离子电池)。笔者记得,在纯电动汽车市场当中,最早只有特斯拉等国外少数车企使用三元锂离子电池。而三元锂离子电池真正的黄金期则是在2015年二月,当时科技部公布了《国家重点研发计划新能源汽车重点专项执行方法》,方法中明确要求2015年底轿车动力锂电池能量密度要达到200Wh/kg。(三元动力锂电池的功率密度为190wh/kg,磷酸铁锂离子电池的功率密度为120wh/kg。)这使得,众多车企将目光纷纷转向三元锂离子电池。


据了解,目前包括北汽、江淮、吉利、南京金龙等大部分国内自主品牌都已经推出采用三元锂离子电池的新能源车型。更加有行业研究机构预测,到2017年,三元锂离子电池市场占比将达到50%。


然而,就是这样一个备受有关的电池宠儿,一些车企却并不为此买账。他们认为,三元锂离子电池与磷酸铁锂动力锂离子电池相比,在安全性上存在较大的风险,三元锂离子电池中的重要材料--镍钴铝的高温结构不稳定,高温时安全性较差,容易造成危险。尤其应用在商用车(重要是商用客车)方面,由于乘客较多,一旦发生事故,后果将非常严重。于是,就有相关人士向工信部建议暂缓在电动商用车上使用三元材料动力锂离子电池。


专家观点众说纷纭


纯电动商用车是否真的要取消使用三元锂离子电池?对此,一些专家也推出自己的看法。苏州宇量电池有限公司董事长、知名电池专家毛焕宇博士在接受媒体采访时就曾表示,坚决反对有关暂缓三元锂离子电池在商用车上的使用一事。


他认为即便是磷酸铁锂离子电池,也曾出现安全事故,例如:在2015年四月,五洲龙电动商用车(大巴)在充电时,车身开始燃烧,所幸没造成人员伤亡。当时使用的电池就是沃特玛磷酸铁锂,而起火原因则是因为充电过充,造成磷酸铁锂离子电池燃烧。


随着科技的不断进步,三元锂离子电池的安全性在不断有所提升。目前,国内三元电池成组后的安全性已经比比磷酸铁锂离子电池成组的效果更好。


三元锂离子电池的重量较轻,更适用于在车辆上的使用。


而我国工程院院士陈立泉却认为,磷酸铁锂的量产成熟度要比三元材料、多元复合材料更高。假如从材料层面上来讲,磷酸铁锂是要比三元材料、多元复合材料具有更高的安全性。不过,不可否认的是,三元材料电池在能量密度方面要比磷酸铁锂更具有优势。


此外,我国电动汽车百人会执行副理事长、清华大学教授欧阳明高也曾对纯电动商用电池表示担忧,纯电动商用车(尤其是12米大客车)一旦出现安全事故,车上的人如何逃生呢?所以他认为,假如想引入三元电池到客车上,一定要慎之又慎!磷酸铁锂离子电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池,其特色是不含钴等贵重元素,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离子电池来说,磷酸铁锂离子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。


三元聚合物锂离子电池:


正极材料使用镍钴锰酸锂(Li(NiCoMn)O2)三元正极材料的锂离子电池。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锂电池。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。


优点:三元锂离子电池能量密度高,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离子电池水平。


缺点:三元材料动力锂离子电池重要有镍钴铝酸锂离子电池、镍钴锰酸锂离子电池等,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。


关于磷酸铁锂与三元锂离子电池而言,其实它们都各有春秋,孰优孰劣暂时还无法分辨。无论最终三元锂离子电池是否退出纯电动商用车舞台,它依旧是当前最受宠的电池材料,其实,从车企角度而言,只有适合自己的,才是最好的!谈到三元锂离子电池的发展以及在国内外电动汽车领域的应用,就不得不提世界各国对汽车蓄电池技术发展规划,我们可以看到在日本,它的规划是到2020年,能量型动力锂离子电池的单体能量密度达到250瓦时每千克,我国也明确提出了电池模块的能量密度要求达到150瓦时每千克。大家对能量密度非常明确的表述,就形成了一种趋势,这种趋势在上午其鲁教授的演讲中也反复地提到了大家对电池能量密度的重要性。


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