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从锂电池分类,三分钟了解动力电池主流技术

新能源汽车的动力电池可以分为二次电池(包括铅酸电池,镍镉电池,镍氢电池,锂电池)和燃料电池。

本期我们继续将其细化,从锂电池的分类入手,解析目前市场上动力电池的主流技术路线。

工作原理

首先纠正一个概念,锂电池按照正负极使用的材料不同,通常分两大类 :

锂金属电池,也就是使用二氧化锰为正极材料,金属锂或其合金金属为负极材料的电池;锂离子电池,使用锂合金金属氧化物为正极材料,石墨为负极材料电池。

锂金属电池其性质不够稳定而且不能充电,所以不属于二次电池。对于新能源汽车来讲,我们平时说的锂电池,就是指锂离子电池。

我们来看看锂离子电池的工作原理,如下图:

锂离子电池主要由正极(含锂化合物),负极(碳素材料),电解液,隔膜四个部分组成:

电池充电时,正极上锂原子电离成锂离子和电子(脱嵌),锂离子经过电解液运动到负极,得到电子,被还原成锂原子嵌入到碳层的微孔中(插入);

电池放电时,嵌在负极碳层中的锂原子,失去电子(脱插)成为锂离子,通过电解液,又运动回正极(嵌入);

锂电池的充放电过程,也就是锂离子在正负极间不断嵌入和脱嵌的过程,同时伴随着等当量电子的嵌入和脱嵌。锂离子数量越多,充放电容量就越高。

分类

因正极材料不同,锂离子电池主要分为:磷酸铁锂(LFP),镍酸锂(LNO),锰酸锂(LMO),钴酸锂(LCO),以及镍钴锰酸三元锂(NCM)、镍钴铝酸三元锂(NCA),负极材料主要采用石墨碳材料。

各类型的化学成分,结构以及主要性能比较如下:

技术路线

基于上表,我们来理一理不同类型锂电池在市场的应用情况。

先说说钴酸锂,作为锂电池的鼻祖,当然也可能是作为动力电池先试试水,先用在特斯拉Roadster上,但由于其循环寿命和安全性都较低,事实证明其并不适用作为动力电池。为了弥补这个缺点,特斯拉运用了号称世界上的电池管理系统来保证电池的稳定性。钴酸锂目前在3C领域的市场份额很大。

第二是锰酸锂电池,主要先由电池企业AESC提出,这个AESC来头可不小,是日产和日本电气股份有限公司(NEC)的合资。锰酸锂代表车型是为日产聆风,由于其价格低,能量密度中等,安全性也一般,具有所谓的较好综合性能。所谓成也萧何败也萧何,也是正因为这种不温不火的特性,其逐步被新的技术所替代。

接着是磷酸铁锂,作为比亚迪的主打,其稳定好,寿命长,且具有成本优势,特别适用于需要经常充放电的插电式混合动力汽车,但其缺点是能量密度一般。

接着是三元锂电池,作为冉冉升起的新星,能量密度可达较高,但安全性相对较差。对于续航里程有要求的纯电动汽车,其前景更广,是目前动力电池主流方向。

下图是今年7月特斯拉发布的MODEL 3,采用松下的21700型的三元(NCA)圆柱形的电池。

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其实,动力电池市场上,存在着中日韩三国巨头的技术路线之争,它们都在招兵买马,拓展疆土,抢夺山头,上演着所谓的“三国演义”。我们下期文章将会重点介绍,敬请期待。


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