汽车|比亚迪刀片电池“砍”得走三元锂电池么?( 二 )


汽车|比亚迪刀片电池“砍”得走三元锂电池么?
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(NCM与NCA结构类似)
另外安全性高 , 磷酸铁锂化合物本身的分解温度在700~800度左右 , 远高于三元锂化合物的200~300度 , 所以理论安全性高很多;且三元锂电池在发生“热失控”时 , 会释放氧气 , 从而进一步加剧反应剧烈程度 , 而磷酸铁锂化合物中P-O键稳固 , 难以分解从而杜绝氧气形成 , 避免连锁效应 。
最关键的 , 虽然早期磷酸铁锂电池由于其结构原因 , 充放电效率较低(形象的说法就是由于结构稳定导致锂离子活动自由度不高) , 但随着包碳技术(法国世界级锂电科学家米歇尔·阿尔芒发明 , 并后来与古迪纳夫一起申请了专利 , MichelArmand) , 以及纳米化材料工艺的技术 , 现在磷酸铁锂电池的充放电性能(即功率)不比三元锂电池差 。
最后 , 磷酸铁锂电池同样具有着“先天性”缺点 。
磷酸铁锂电池能量密度低 , 单电芯目前最顶端也就刚摸到三元锂电池的一般水平 。 原因在于相比于三元锂来说容量低(多少多少Ah) , 且电压低(三元大多在4V以上 , 磷酸铁锂在3.4V左右) , 能量即是容量乘以电压(多少多少Wh) 。
低温性能差 , 相比于三元锂在-20度拥有70%左右的容量 , 磷酸铁锂则仅有50%左右 。 主要原因仍在于其正极材料的结构 , 虽然前面提到通过包碳以及纳米材料等技术 , 提高了该结构下锂离子自由度 。 但在低温下 , 仍无法解决该问题 。
测量电量(SoC , State of Charge)较难 , 由于磷酸铁锂电池的电压在放电时较为稳定 , 所以如果BMS(电池管理系统)做的不好 , 很可能显示还有10%电量 , 瞬间就变为0%了 。 由此导致的问题不仅仅是使用端的不方便 , 更多的是如果无法很好检测电芯数据 , 则更加无法良好的管理充放电策略 , 从而使得电池寿命减少甚至发生锂枝晶现象导致短路 。
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不过 , 无论是磷酸铁锂还是三元锂 , 其“天生”的优缺点是行业共识 , 也是所有研究人员心里都清楚的部分 。 很显然 , 在电动汽车开辟个人市场阶段 , 最大的门槛一直都是“续航焦虑” , 如果这一关都无法通过 , 那么其他所有的“优点”都会消失不见 。 所以 , 相对安全但容量低的磷酸铁锂电池 , 一直以来都是被公共交通和城市特殊车辆所采用(当然还有很多便携工具电器) , 而乘用车则距离磷酸铁锂越来越远 。
但是市场中有两大因素“期许”着磷酸铁锂的归来:一是三元锂电池的核心材料成本越来越高 , 导致电池成本想进一步下降难上加难;二是人们对于安全性的要求愈来愈高 , 例如中保研对买车的影响 。
解决这个问题的关键点 , 就在于如何弥补磷酸铁锂的“缺点” , 突破“续航焦虑”这个门槛 。
【汽车|比亚迪刀片电池“砍”得走三元锂电池么?】比亚迪的答卷
磷酸铁锂第一个要面对的问题就是能量密度 , 但是单电芯的能量密度受到材料本身限制 , 想要进一步突破并非不可能 , 而是短暂时间想要实现非常难;所以显而易见只能提升电池包系统能量密度 , 即从电池包结构入手 。
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电动汽车所需的电压高达几百伏 , 所以锂电池基本都是由诸多电芯串联和并联组合起来 , 先形成模组 , 然后装进电池包 。 不过加上线路布置、温度控制系统、电池包保护材料、电池包框架结构 , 甚至还有将BMS系统囊括其中;导致虽然电芯能量密度很高 , 但是组装成车辆能用的电池包 , 其系统能量密度大幅下降 。 (电芯-模组-电池包)


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