比亞迪開始用三元材料了，宋或首先搭載新電池
日期：2024-10-16 11:35:47 作者：宏力精密鋼管 閱讀數(shù)：606在新能源汽車電池路線一直高舉磷酸鐵鋰大旗的比亞迪，竟然投向了此前一直“抗拒”的陣營——三元鋰電池，即將上市的宋或?qū)⒊蔀楸葋喌鲜卓畲钶d三元鋰電池的車型。
工信部8月14日公布的第72批節(jié)能與新能源汽車目錄中，比亞迪BYD6460STHEV車型入選，產(chǎn)品名稱為插電式混合動力多用途乘用車。從車型信息及圖片分析對照可知，這款車就是比亞迪插電式SUV車型宋。
根據(jù)公告技術(shù)參數(shù)表，該車的電動汽車儲能裝置種類為鎳鈷錳酸鋰電池，由惠州比亞迪電池有限公司生產(chǎn)。也就是說，比亞迪自主研發(fā)生產(chǎn)了三元鋰電池，并且已經(jīng)到了應(yīng)用階段。而此前，磷酸鐵鋰一直是比亞迪新能源車型采取的主要電池路線。比亞迪秦、唐、e6等車型均搭載磷酸鐵鋰電池。
此外比亞迪也在研究磷酸鐵鋰路線下的改進(jìn)型——磷酸鐵錳鋰。第四批新能源車型免購置稅目錄顯示，新款比亞迪e6將搭載全新的磷酸鐵錳鋰電池，續(xù)航里程從300km提升至400km。
盡管新款e6的電池容量增加了19kWh，但整體電池質(zhì)量反而減重50kg。通過采用磷酸鐵錳鋰電池替代磷酸鐵電池，電池能量密度提升，以“增量不增重”的方式獲得續(xù)航里程的大幅提升。
目前，主流的正極材料包括鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰以及鎳鈷錳酸鋰三元材料等。就能量密度、成本、安全性、熱穩(wěn)定性和循環(huán)壽命來看，上述主流正極材料的表現(xiàn)各有千秋，這也導(dǎo)致動力鋰電池正極材料技術(shù)路線出現(xiàn)分化。以特斯拉為代表的企業(yè)最早采用三元鋰電池，里程優(yōu)勢明顯。隨后北汽新能源、江淮、奇瑞等企業(yè)都開始在新車型上應(yīng)用了三元電池。而比亞迪一直是磷酸鐵鋰路線的代表者和堅(jiān)持者，認(rèn)為磷酸鐵鋰安全性最好。而如今比亞迪的新車型也開始應(yīng)用三元鋰電池，這是比亞迪的一次技術(shù)試探，還是徹底的路線轉(zhuǎn)型?
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三元材料
三元聚合物鋰電池是指正極材料使用鋰鎳鈷錳三元正極材料的鋰電池，鋰離子電池的正極材料有很多種，主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。三元材料綜合了鈷酸鋰、鎳酸鋰和錳酸鋰三類材料的優(yōu)點(diǎn)，具有容量高、成本低、安全性好等優(yōu)異特性，其在小型鋰電中逐步占據(jù)一定的市場份額，并在動力鋰電領(lǐng)域具有良好的發(fā)展前景。
對鋰電池而言，鈷金屬是必不可少的材料。但是金屬鈷一方面價格高昂，一方面存在毒性，無論技術(shù)領(lǐng)先的日韓企業(yè)還是國產(chǎn)電池廠商近年來都致力于電池“少鈷化”。在這種趨勢下，以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料制備而成的鎳鈷錳酸鋰三元材料漸漸受到推崇。從化學(xué)性質(zhì)角度出發(fā)，三元材料屬于過度金屬氧化物，電池的能量密度較高。
盡管在三元材料中，鈷的作用仍不可缺少，但質(zhì)量分?jǐn)?shù)通?？刂圃?0%左右，成本顯著下降。而且同時兼具鈷酸鋰和鎳酸鋰的優(yōu)點(diǎn)。隨著近年來國內(nèi)外廠商不斷加碼生產(chǎn)，以三元材料為正極材料的鋰電池取代商用鈷酸鋰的趨勢已十分明顯。
大到電動汽車，小到智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備或者充電寶，這種新型技術(shù)都完全適用。特斯拉最早將三元電池應(yīng)用在電動汽車上，Model S續(xù)航里程能夠達(dá)到486公里，電池容量達(dá)到85kWh，采用了8142個3.4AH的松下18650型電池。工程師將這些電池以磚、片的形式逐一平均分配最終組成一整個電池包，電池包位于車身底板。
從全球范圍來看，各方對三元材料的研發(fā)生產(chǎn)都在不斷推進(jìn)。在這個過程中，材料性能大幅提升，應(yīng)用領(lǐng)域也一再拓展。日、韓企業(yè)是三元材料電池研發(fā)的佼佼者。國內(nèi)三元材料生產(chǎn)從2005年左右起步，目前也已出現(xiàn)了十多家規(guī)模企業(yè)。
磷酸鐵鋰
磷酸鐵鋰作為鋰動力電池材料是近幾年才出現(xiàn)的事，國內(nèi)開發(fā)出大容量磷酸鐵鋰電池是2005 年。其安全性能與循環(huán)壽命是其它材料所無法相比的，這些也正是動力電池最重要的技術(shù)指標(biāo)。1C 充放循環(huán)壽命達(dá)2000 次。單節(jié)電池過充電壓30V 不燃燒，穿刺不爆炸。磷酸鐵鋰正極材料做出大容量鋰離子電池更易串聯(lián)使用，以滿足電動車頻繁充放電的需要。
磷酸鐵鋰具有無毒、無污染、安全性能好、原材料來源廣泛、價格便宜，壽命長等優(yōu)點(diǎn)，是新一代鋰離子電池的理想正極材料。磷酸鐵鋰電池也有其缺點(diǎn)，例如磷酸鐵鋰正極材料的振實(shí)密度較小，等容量的磷酸鐵鋰電池的體積要大于鈷酸鋰等鋰離子電池，因此在微型電池方面不具有優(yōu)勢。
由于磷酸鐵鋰材料的固有特點(diǎn)，決定其低溫性能劣于錳酸鋰等其他正極材料。一般情況下，對于單只電芯(注意是單只而非電池組，對于電池組而言，實(shí)測的低溫性能可能會略高，這與散熱條件 有關(guān))而言，其0℃ 時的容量保持率約60～70%，-10℃時為40～55%，-20℃時為20～40%。這樣的低溫性能顯然不能滿足動力電源的使用要求。當(dāng)前一些廠家通過改進(jìn)電解液體系、改進(jìn)正極配方、改進(jìn)材料性能和改善電芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等使磷酸鐵鋰的低溫性能有所提升。
電池存在一致性問題。單體磷酸鐵鋰電池壽命目前超過2000 次，但電池組的壽命會大打折扣，有可能是500 次。因?yàn)殡姵亟M是由大量單體電池串并而成，其工作狀態(tài)好比一群人用繩子綁在一起跑步，即使每個人都是短跑健將， 如果大家的動作一致性不高，隊(duì)伍就跑不快，整體速度甚至比跑得最慢的單個選手的速度還要慢。電池組同理，只有在電池性能高度一致時，壽命發(fā)揮才能接近單體電池的水平。
氫燃料電池
燃料電池對環(huán)境無污染。它是通過電化學(xué)反應(yīng)，而不是采用燃燒(汽、柴油)或儲能(蓄電池)方式--最典型的傳統(tǒng)后備電源方案。燃燒會釋放象COx、NOx、SOx氣體和粉塵等污染物。如上所述，燃料電池只會產(chǎn)生水和熱。如果氫是通過可再生能源產(chǎn)生的(光伏電池板、風(fēng)能發(fā)電等)，整個循環(huán)就是徹底的不產(chǎn)生有害物質(zhì)排放的過程。
燃料電池的發(fā)電效率可以達(dá)到50%以上，這是由燃料電池的轉(zhuǎn)換性質(zhì)決定的，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，不需要經(jīng)過熱能和機(jī)械能(發(fā)電機(jī))的中間變換。
氫燃料電池車的工作原理是:將氫氣送到燃料電池的陽極板(負(fù)極)，經(jīng)過催化劑(鉑)的作用，氫原子中的一個電子被分離出來，失去電子的氫離子(質(zhì)子)穿過質(zhì)子交換膜，到達(dá)燃料電池陰極板(正極)，而電子是不能通過質(zhì)子交換膜的，這個電子，只能經(jīng)外部電路，到達(dá)燃料電池陰極板，從而在外電路中產(chǎn)生電流。電子到達(dá)陰極板后，與氧原子和氫離子重新結(jié)合為水。由于供應(yīng)給陰極板的氧，可以從空氣中獲得，因此只要不斷地給陽極板供應(yīng)氫，給陰極板供應(yīng)空氣，并及時把水(蒸氣)帶走，就可以不斷地提供電能。燃料電池發(fā)出的電，經(jīng)逆變器、控制器等裝置，給電動機(jī)供電，再經(jīng)傳動系統(tǒng)、驅(qū)動橋等帶動車輪轉(zhuǎn)動，就可使車輛在路上行駛。與傳統(tǒng)汽車相比，燃料電池車能量轉(zhuǎn)化效率高達(dá)60~80%，為內(nèi)燃機(jī)的2~3倍。燃料電池的燃料是氫和氧，生成物是清潔的水，它本身工作不產(chǎn)生一氧化碳和二氧化碳，也沒有硫和微粒排出。因此，氫燃料電池汽車是真正意義上的零排放、零污染的車。
氫燃料電池車的優(yōu)勢毋庸置疑，劣勢也是顯而易見。隨著科技的進(jìn)步，曾經(jīng)困擾氫燃料電池發(fā)展的諸如安全性、氫燃料的貯存技術(shù)等問題已經(jīng)逐步攻克并不斷完善，然而成本問題依然是阻礙氫燃料電池車發(fā)展的最大瓶頸。氫燃料電池的成本是普通汽油機(jī)的100倍，這個價格是市場所難以承受的。
錳酸鋰
錳酸鋰是較有前景的鋰離子正極材料之一，相比鈷酸鋰等傳統(tǒng)正極材料，錳酸鋰具有資源豐富、成本低、無污染、安全性好、倍率性能好等優(yōu)點(diǎn)，是理想的動力電池正極材料，但其較差的循環(huán)性能及電化學(xué)穩(wěn)定性卻大大限制了其產(chǎn)業(yè)化。錳酸鋰主要包括尖晶石型錳酸鋰和層狀結(jié)構(gòu)錳酸鋰，其中尖晶石型錳酸鋰結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，如今市場產(chǎn)品均為此種結(jié)構(gòu)。尖晶石型錳酸鋰屬于立方晶系，F(xiàn)d3m空間群，理論比容量為148mAh/g，由于具有三維隧道結(jié)構(gòu)，鋰離子可以可逆地從尖晶石晶格中脫嵌，不會引起結(jié)構(gòu)的塌陷，因而具有優(yōu)異的倍率性能和穩(wěn)定性。
如今，傳統(tǒng)認(rèn)為錳酸鋰能量密度低、循環(huán)性能差的缺點(diǎn)已經(jīng)有了很大改觀(萬力新能典型值:123mAh/g，400次，高循環(huán)型典型值107mAh/g ，2000次)。表面修飾和摻雜能有效改性其電化學(xué)性能，表面修飾可有效地抑制錳的溶解和電解液分解。摻雜可有效抑制充放電過程中的Jahn-Teller效應(yīng)。將表面修飾與摻雜結(jié)合無疑能進(jìn)一步提高材料的電化學(xué)性能，相信會成為今后對尖晶石型錳酸鋰進(jìn)行改性研究的方向之一。