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燃料、三元、磷酸鐵鋰離子電池到底誰是將來呢?

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2023年02月15日  

新能源汽車搭載的電池最主流的有三類,一是磷酸鐵鋰離子電池,二是三元鋰離子電池,三是燃料動力鋰電池。比亞迪的刀片電池,屬于磷酸鐵鋰離子電池。


最先崛起的王者,磷酸鐵鋰離子電池。磷酸鐵鋰離子電池價格不高,最大的優勢是穩定,安全性高,所以曾經是新能源汽車的搭載首選。但這種電池能量密度較低,簡單說,供電量有限,續航里程低。而客戶恰恰對續航里程格外鐘情,所以磷酸鐵鋰離子電池的輝煌沒能延續。


后來居上的是三元鋰離子電池。同樣是比亞迪加工的電池,磷酸鐵鋰離子電池的單體能量密度為150Wh/kg,三元鋰離子電池能量密度則達到了200Wh/kg。這就意味著,使用三元鋰離子電池,可以實現更高的續航里程。國家政策對高續航的車型更為傾向,同時消費都也普遍存在對續航里程的焦慮。倘若車輛采用傳統的磷酸鐵鋰則會影響續航里程,這樣就不容易拿到補貼,車也不好賣。所以三元鋰離子電池一度成為市場的寵兒。包括比亞迪在內的新能源汽車廠,都至少有一部分車型使用了三元鋰離子電池。在去年,以三元鋰離子電池為主導的特斯拉,銷量超越比亞迪成為前列的電動汽車廠。


燃料動力鋰電池曇花一現,但卻有不可忽視的潛力。燃料動力鋰電池最為特殊。前兩類電池的功能是儲存電,燃料動力鋰電池的功能是發電。這是一種將燃料與氧化劑中的化學能轉化為電能的發電裝置。目前使用最廣泛的燃料是氫氣。在工作時,燃料和氧化劑由外部供給進行反應,不斷釋放電能。燃料動力鋰電池包含的能量巨大,動力充沛,續航里程不是問題。有關燃料動力鋰電池,此前最躥紅的是青年汽車。曾有一則新聞:《水氫發動機河南南陽下線,車輛只需加水即可行駛》。里面的主角是青年汽車集團。所提到的車輛,只要加水就可以行馳。過程是這樣,水轉換成氫,氫發電,電驅動汽車行駛。這里的核心是燃料動力鋰電池。但是,用什么能量把水轉換成氫?青年汽車直到走完破產程序也沒有說清楚。


燃料動力鋰電池汽車還沒有真正市場化。自2013年到2017年底,全球一共才售出了6475輛氫燃料動力鋰電池乘用車。2019年1-十一月,我國燃料動力鋰電池汽車銷量為1337輛。就算2019年市場不好,這些銷量仍舊可以被忽略不計。燃料動力鋰電池汽車還面對一個問題,就是沒有足夠的加氫站。加氫站的建設是燃料動力鋰電池汽車商業化的關鍵。除了以上三大電池,還有一些非主流,也是不可忽視的競爭者。除三大主力之外,特斯拉已著手研發四元鋰離子電池,未來沒準還有五元、六元,或者十塊錢的電池。同樣在三月,韓國三星推出了全固態電池。固態電池一度被視為最適合電動汽車使用。大眾今年推出了搭載固態電池的奧迪Pb18e-tron。除了擁有跑車的速度,這款車還擁有15分鐘完成充電的超能力。


橫空出世的刀片電池


2020年三月二十九日,刀片電池的公布會上,王傳福公布了刀片電池在針刺探測時的視頻。王傳福說:因為三元鋰離子電池過不了這個探測,所以國家已經不再將該探測作為電池的強制檢驗方法。但比亞迪為了追求安全性,還是進行了被稱為珠穆朗瑪峰的針刺探測。探測是這樣的,用3-8毫米直徑的鋼針刺穿電池,從而模擬電池遇到故障或者事故時的短路狀態。


在播放的視頻的視頻中,刀片電池被貫穿之后,沒有明火、沒有冒煙,甚至溫度都沒有分明的升高。放置于電池表面的雞蛋,沒有因為受熱而有分明的變化。有關刀片電池的原理,比亞迪作出了解釋。磷酸鐵鋰離子電池的弱點是能量密度低。比亞迪的處理方法是調整組合方式,減少用以支撐的梁、柱,把空間讓給真正有儲電用途的電芯,使得能量密度更高。刀片電池的體積與能量密度之比比傳統磷酸鐵鋰塊狀電池提高了50%。汽車的續航里程提高到了600公里。


安全性與續航里程的矛盾


這一對矛盾說來話長,因為能量本身是危險的,能量越大,安全性自然越低。人力車沒有危險,但是跑不遠。要想跑得遠,就要用汽油、氫氣……,就可能會燃料、爆炸。既便搭載刀片電池,比亞迪漢的續航里程也惟有605公里,這是磷酸鐵鋰離子電池的天花板。而特斯拉ModelS的續航里程為660公里,特斯拉Roadster的續航里程為1000公里。燃料動力鋰電池方面,本田的Clarity,續航里程達到750公里。


在續航里程方面,付出這么多努力,磷酸鐵鋰離子電池只能勉強與三元鋰離子電池打平。而三元鋰離子電池陣營顯然不會止步不前。倘若有必要,并不介意再提高一下能量密度。


競爭的另一個焦點是安全性。磷酸鐵鋰離子電池有安全優點,并不意味著另兩類電池就不安全。特斯拉有一整套電池管理系統,在過充保護(OVP)、過放保護(UVP)、過溫保護(OTP)、過流保護(OCP)這幾個環節上都會下不少的功夫。通過外殼保護、及時切斷等技術,安全性能也在日益提高。燃料動力鋰電池要走的路或許還要更長一些,目前看來技術還不成熟。但就像人類已經適應了汽油這么危險的能量源相同,人類也會慢慢習慣氫燃料,核燃料。而其洶涌的動力,是足以碾壓儲存型電池的。


三類電池各有所長


磷酸鐵鋰離子電池勝在安全;三元鋰離子電池勝在能量密度高,續航里程高;燃料動力鋰電池的巨大優點在于充能迅速,3-5分鐘,就可以給車加滿氫氣。


磷酸鐵鋰離子電池的另一個弱點令人擔憂,其在低溫下的表現不佳。而在我國的廣袤北方、歐洲、北美,有太多的地方將會考驗著電池的低溫運行能力。溫度降到-10℃,一塊3500mAh的磷酸鐵鋰離子電池,承受低于100次的充放電循環之后,電量就會衰減至500mAh,基本就報廢了。在北方的冬天,磷酸鐵鋰離子電池或許不是最佳的選擇。

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