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動(dòng)力鋰電池正極材料之爭(zhēng),三元材料該何去何去?

鉅大鋰電  |  點(diǎn)擊量:0  |  2021年04月07日  

其實(shí),有關(guān)商用車(chē)企呼吁取消使用三元材料動(dòng)力鋰電池一事,筆者早已耳聞。此前,有關(guān)單位公布就曾公布《有關(guān)對(duì)暫緩在商用車(chē)上使用三元材料動(dòng)力鋰離子電池建議的函征求公司意見(jiàn)的通知》(簡(jiǎn)稱通知),通知里建議工信部暫緩在純電動(dòng)商用車(chē)上使用三元材料動(dòng)力鋰離子電池。只不過(guò),剛接到消息沒(méi)幾天,車(chē)企們就已經(jīng)迫不及待來(lái)京商討具體事宜了。


而在一月23-二十四日舉辦的我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)論壇(2016)上,工業(yè)和信息化部裝備司司長(zhǎng)張相木表示,工信部將組織開(kāi)展對(duì)三元鋰離子電池的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,在評(píng)估完成前,暫停三元鋰離子電池客車(chē)列入新能源汽車(chē)推廣應(yīng)用推薦車(chē)型目錄。


三元材料電池為何躺槍?


有關(guān)三元材料電池的信息,我們聽(tīng)聞最多的就是三元聚合物鋰離子電池(簡(jiǎn)稱:三元鋰離子電池)。筆者記得,在純電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)當(dāng)中,最早只有特斯拉等國(guó)外少數(shù)車(chē)企使用三元鋰離子電池。而三元鋰離子電池真正的黃金期則是在2015年二月,當(dāng)時(shí)科技部公布了《國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃新能源汽車(chē)重點(diǎn)專項(xiàng)執(zhí)行方法》,方法中明確要求2015年底轎車(chē)動(dòng)力鋰電池能量密度要達(dá)到200Wh/kg。(三元?jiǎng)恿︿囯姵氐墓β拭芏葹?90wh/kg,磷酸鐵鋰離子電池的功率密度為120wh/kg。)這使得,眾多車(chē)企將目光紛紛轉(zhuǎn)向三元鋰離子電池。


據(jù)了解,目前包括北汽、江淮、吉利、南京金龍等大部分國(guó)內(nèi)自主品牌都已經(jīng)推出采用三元鋰離子電池的新能源車(chē)型。更加有行業(yè)研究機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè),到2017年,三元鋰離子電池市場(chǎng)占比將達(dá)到50%。


然而,就是這樣一個(gè)備受有關(guān)的電池寵兒,一些車(chē)企卻并不為此買(mǎi)賬。他們認(rèn)為,三元鋰離子電池與磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰離子電池相比,在安全性上存在較大的風(fēng)險(xiǎn),三元鋰離子電池中的重要材料--鎳鈷鋁的高溫結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,高溫時(shí)安全性較差,容易造成危險(xiǎn)。尤其應(yīng)用在商用車(chē)(重要是商用客車(chē))方面,由于乘客較多,一旦發(fā)生事故,后果將非常嚴(yán)重。于是,就有相關(guān)人士向工信部建議暫緩在電動(dòng)商用車(chē)上使用三元材料動(dòng)力鋰離子電池。


專家觀點(diǎn)眾說(shuō)紛紜


純電動(dòng)商用車(chē)是否真的要取消使用三元鋰離子電池?對(duì)此,一些專家也推出自己的看法。蘇州宇量電池有限公司董事長(zhǎng)、知名電池專家毛煥宇博士在接受媒體采訪時(shí)就曾表示,堅(jiān)決反對(duì)有關(guān)暫緩三元鋰離子電池在商用車(chē)上的使用一事。


他認(rèn)為即便是磷酸鐵鋰離子電池,也曾出現(xiàn)安全事故,例如:在2015年四月,五洲龍電動(dòng)商用車(chē)(大巴)在充電時(shí),車(chē)身開(kāi)始燃燒,所幸沒(méi)造成人員傷亡。當(dāng)時(shí)使用的電池就是沃特瑪磷酸鐵鋰,而起火原因則是因?yàn)槌潆娺^(guò)充,造成磷酸鐵鋰離子電池燃燒。


隨著科技的不斷進(jìn)步,三元鋰離子電池的安全性在不斷有所提升。目前,國(guó)內(nèi)三元電池成組后的安全性已經(jīng)比比磷酸鐵鋰離子電池成組的效果更好。


三元鋰離子電池的重量較輕,更適用于在車(chē)輛上的使用。


而我國(guó)工程院院士陳立泉卻認(rèn)為,磷酸鐵鋰的量產(chǎn)成熟度要比三元材料、多元復(fù)合材料更高。假如從材料層面上來(lái)講,磷酸鐵鋰是要比三元材料、多元復(fù)合材料具有更高的安全性。不過(guò),不可否認(rèn)的是,三元材料電池在能量密度方面要比磷酸鐵鋰更具有優(yōu)勢(shì)。


此外,我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)執(zhí)行副理事長(zhǎng)、清華大學(xué)教授歐陽(yáng)明高也曾對(duì)純電動(dòng)商用電池表示擔(dān)憂,純電動(dòng)商用車(chē)(尤其是12米大客車(chē))一旦出現(xiàn)安全事故,車(chē)上的人如何逃生呢?所以他認(rèn)為,假如想引入三元電池到客車(chē)上,一定要慎之又慎!磷酸鐵鋰離子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(jià)格低且磷、鐵存在于地球的資源含量豐富,不會(huì)有供料問(wèn)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(huán)壽命長(zhǎng),在高溫與高熱環(huán)境下的穩(wěn)定性高。


優(yōu)點(diǎn):相比目前市面上較為常見(jiàn)的鈷酸鋰和錳酸鋰離子電池來(lái)說(shuō),磷酸鐵鋰離子電池至少具有以下五大優(yōu)點(diǎn):更高的安全性、更長(zhǎng)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(diǎn):磷酸鐵鋰存在一些性能上的缺陷,如振實(shí)密度與壓實(shí)密度很低,導(dǎo)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(chǎn)品一致性差;知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題。


三元聚合物鋰離子電池:


正極材料使用鎳鈷錳酸鋰(Li(NiCoMn)O2)三元正極材料的鋰離子電池。三元材料指的是正極是三元,負(fù)極是石墨的通常說(shuō)法中的三元?jiǎng)恿︿囯姵?。而在?shí)際研發(fā)應(yīng)用中,還有一種正極是三元,負(fù)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(zhǎng)。


優(yōu)點(diǎn):三元鋰離子電池能量密度高,循環(huán)性能好于正常鈷酸鋰。目前,隨著配方的不斷改進(jìn)和結(jié)構(gòu)完善,電池的標(biāo)稱電壓已達(dá)到3.7V,在容量上已經(jīng)達(dá)到或超過(guò)鈷酸鋰離子電池水平。


缺點(diǎn):三元材料動(dòng)力鋰離子電池重要有鎳鈷鋁酸鋰離子電池、鎳鈷錳酸鋰離子電池等,由于鎳鈷鋁的高溫結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,導(dǎo)致高溫安全性差,且pH值過(guò)高易使單體脹氣,進(jìn)而引發(fā)危險(xiǎn),目前造價(jià)較高。


關(guān)于磷酸鐵鋰與三元鋰離子電池而言,其實(shí)它們都各有春秋,孰優(yōu)孰劣暫時(shí)還無(wú)法分辨。無(wú)論最終三元鋰離子電池是否退出純電動(dòng)商用車(chē)舞臺(tái),它依舊是當(dāng)前最受寵的電池材料,其實(shí),從車(chē)企角度而言,只有適合自己的,才是最好的!談到三元鋰離子電池的發(fā)展以及在國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用,就不得不提世界各國(guó)對(duì)汽車(chē)蓄電池技術(shù)發(fā)展規(guī)劃,我們可以看到在日本,它的規(guī)劃是到2020年,能量型動(dòng)力鋰離子電池的單體能量密度達(dá)到250瓦時(shí)每千克,我國(guó)也明確提出了電池模塊的能量密度要求達(dá)到150瓦時(shí)每千克。大家對(duì)能量密度非常明確的表述,就形成了一種趨勢(shì),這種趨勢(shì)在上午其魯教授的演講中也反復(fù)地提到了大家對(duì)電池能量密度的重要性。


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