电动车磷酸铁锂电池、镍钴锰三元电池、镍钴铝三元锂电池哪种好?

磷酸铁锂电池LFP镍钴锰三元电池NCM镍钴铝三元电池NCA。

电动车磷酸铁锂电池、镍钴锰三元电池、镍钴铝三元锂电池哪种好?

三者是目前电动(混动)汽车上搭载的三种大规模商业化的动力电池,这三种动力电池基本就占据了全球绝大部分新能源车的装车量。

电动车磷酸铁锂电池、镍钴锰三元电池、镍钴铝三元锂电池哪种好?

先从能量密度来看,国家的行业指导性发展目标很明显是按照能量密度的提升来规划的。

2020年,单体电芯能量密度达到350Wh/Kg,2025年年单体电芯能量密度达到400Wh/Kg,2030年年达到500Wh/Kg

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而磷酸铁锂电池(LFP)的系统能量密度上限为200wh/kg而三元锂电池(NCM/NCA)的系统能量密度上限为350wh/kg可以看到磷酸铁锂电池的能量密度是远远达不到三元锂电池的,这也意味着针对续航来说,磷酸铁锂电池要比三元锂电池要弱上很多。

所以,如NCM公司和NCA公司在前几年,一直受到市场的追捧,早期特斯拉采用的NCA公司电池能量密度是比亚迪线性规划电池的两倍以上。

这里简单说下NCM公司和NCA

国内最通用的三元锂电池是NCM这个和NCA公司的技术要求严格,门槛过高(专利基本掌握在日韩手中)有直接的关系。

NCM镍钴锰的首字母缩写,其中每个元素都有着自己独特的作用。

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高镍电池的优点明显,就是在降低成本(少钴)的同时还能增加电池能量密度(多镍)。但缺点也很突出,就是钴少了,镍多了,导致了层状结构稳定性变差,电解液容易发生分解和电解液与材料表面发生副反应,产生的副产物成绩导致界面导电性变差。

综合来说,目前的高镍低钴低锰方案用低成本的方案提高了能量密度(续航增加),但换来的是循环寿命、安全性,热稳定性下降。

而NCA公司实际也类似于高镍电池811的配比,NCA公司常见的配比为8:1.5:0.5。在NCA公司生产工艺中,铝为两性金属,不易沉淀。相应的对生产设备的密封性要求高,温湿度要求比NCM公司要苛刻,湿度要求控制在10%以下(NCA)中的LiNiO2容易吸潮),相应增加了技术要求和生产成本。就是充放电过程存在严重的副反应产生气体,这样会导致电池容易鼓胀变形,出现安全隐患,所以NCA公司才会采取更耐内压的圆柱形电池壳。另外,高镍NCM公司电池的弊端,高镍NCA公司也是一样,提高能量密度的同时也让热稳定性下降。

但从2021年开始,国内的动力电池装车及产量就彻底转了个方向,短续航的磷酸铁锂均大幅超过了长续航的三元锂电池。2021年,三元电池产量为93.9GWh占总产量的42.7%,同比增长93.6%;磷酸铁锂电池产量则达到了空前的125.4GWh占总产量的57.1%,同比增长263%。2021年12月,三元电池产量为11.4GWh而磷酸铁锂电池产量为20GWh几乎是三元电池的两倍。

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所以从国内市场上的现阶段选择来看,能量密度弱的磷酸铁锂电池成为了国内车企的首选。

2022年1-4月,磷酸铁锂的装车量更是把三元锂电池抛到看不见。2022年4.月的磷酸铁锂电池装车量是三元材料的一倍多。

电动车磷酸铁锂电池、镍钴锰三元电池、镍钴铝三元锂电池哪种好?

之前我的回答也说了很多安全性的分析,三元系电池的热稳定性较差,磷酸铁锂热稳定性强,循环寿命长,所以车企才采用磷酸铁锂电池的方案。

的确,超过180-200摄氏度,三元系电池的正极就开始分解,大量析出氧气。氧气与溶剂发生氧化反应产生大量的气体(箱体鼓胀),同时释放大量的热量(冒烟)。一旦连锁反应发生,巨大的热量得不到排解。电芯的防爆膜破裂,可燃电解液喷出。以上就是三元电池爆燃现象的产生。

而磷酸铁锂的橄榄石结构的热稳定性极强,P-O键稳固,难以分解。

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即便在高温或者过充时也不会像三元材料那样结构崩塌。一般来说,磷酸铁锂正极到达700-800摄氏度以上才会分解,而且产生的是分解反应,不会大量释放氧气,所以即便超高温(外界着火)环境下,磷酸铁锂电池也不会剧烈燃烧。在实验室的各项试验中,也验证了针刺、挤压、跌落、热冲击、撞击等实验下,顶多看到磷酸铁锂电池冒烟,很难看到磷酸铁锂燃烧的现象。

但从企业的角度来分析,尤其是这三年乃至后续的疫情带来的特殊影响,我觉得车企选用磷酸铁锂电池作为主选,是成本的考虑占更大因素。

一个是电池本身的热稳定性较强,也意味着对车载楼宇管理系统热管理的要求较低,纵观楼宇管理系统的产业链,无论是软件设计还是硬件的芯片,均可以采用性价比较高的方案。即便楼宇管理系统管理比较粗放,但是做好了阻燃、降损等被动保护措施,也能保障磷酸铁锂电池较长寿命期间内的安全使用。

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另一个方面,无论是NCM公司的高镍低钴版本NCM811还是NCA其中钴的售价昂贵,导致三元锂动力电池的成本远高于磷酸铁锂电池(LFP)

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以上种种,在国家对高密度动力电池补贴基本退出的背景下,使用成本较低的中等续航方案成为了疫情期间大部分车企的选择,毕竟现阶段这个特殊时期,企业第一考虑的是不能亏本。

但从长远来看,无论从消费者出发还是从车企出发,高能量密度、低成本、高安全的曲线终归要找到一个合适的三者平衡。所以随着高镍方案的成熟,楼宇管理系统的改善,成本压力的减小,三元锂系列的电池占比应该会逐步回升。

(图片来源网络,侵删!)

参考资料:

1、“http://finance.sina.com.cn/stock/stockzmt/2021-04-16/doc-ikmxzfmk7248650.shtml”

2、“https://www.pcauto.com.cn/hj/article/1291840.html”

来源:知乎 www.zhihu.com
作者:将线路接口单元

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