汽車鋰電池正極材料性能PK：誰(shuí)更勝一籌？

如果要用兩個(gè)字來(lái)評(píng)價(jià)目前的汽車動(dòng)力鋰電池，評(píng)價(jià)就兩字：矯情!廢話不多說(shuō)，直接開(kāi)門見(jiàn)山下手的“扒衣見(jiàn)君”。目前汽車江湖里山頭最大的鋰電池幫派最主要有三個(gè)，依次為：磷酸鐵鋰電池、鈷酸鋰電池和三元材料電池。前者多流竄于天朝，后兩者則多流竄于島國(guó)和棒子國(guó)。幫派勢(shì)力的危險(xiǎn)程度取決于單位體積的能量密度。(PS：江湖俗稱的鋰電池其實(shí)是鋰離子電池，根正苗紅的鋰電池其實(shí)是以金屬鋰為負(fù)極，不可二次充電的一種電池，由于危險(xiǎn)性大，很少用于日常電子產(chǎn)品。)

為何說(shuō)鋰電池矯情呢?

1、電池工作溫度比較苛刻

電池在使用過(guò)程中對(duì)溫度比較敏感，目前鋰電池的工作溫度范圍寬為-20℃～60℃。以國(guó)內(nèi)普及率最高的磷酸鐵鋰為例，零下溫度鋰電的充電會(huì)變得困難，而且充電之后，其0℃時(shí)的容量保持率約60～70%，-10℃時(shí)為40～55%，-20℃時(shí)為20～40%。而電池在環(huán)境溫度超過(guò)60°時(shí)，隨著電池工作的升溫，鋰電池有過(guò)熱燃燒、爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。換句話說(shuō)，電池溫控和電控比較差的鋰電池電動(dòng)車，冬天去了東三省就成了“病貓”，夏天去了吐魯番就像背著“炸藥包”。在目前的一些電動(dòng)車的電池功率銘牌上最大容量的標(biāo)稱旁邊，會(huì)伴隨標(biāo)注最佳充電溫度，此溫度一般為20~25°C之間。意思即為，在次充電溫度下，電池才能在最短的時(shí)間里達(dá)到最大的容量。

目前汽車廠家在電池溫度的控制上，都輔助有冷卻系統(tǒng)，根據(jù)對(duì)電池溫度的監(jiān)控來(lái)決定是否開(kāi)啟冷卻系統(tǒng)。而當(dāng)放電環(huán)境惡劣，冷卻系統(tǒng)無(wú)法有效解決電池溫度過(guò)高的時(shí)候，電控系統(tǒng)里的保護(hù)電路就會(huì)通過(guò)溫度傳感器采集來(lái)的閥值決定是否關(guān)閉電路，來(lái)防止因?yàn)楦邷囟鴰?lái)的安全隱患發(fā)生。廠家一般會(huì)采取兩個(gè)閥值信號(hào)，一個(gè)是報(bào)警溫度，提醒駕駛者電池溫度過(guò)高，盡量降低電池負(fù)荷。另一個(gè)是臨界溫度，系統(tǒng)強(qiáng)制切斷保護(hù)。(一般廠家的高溫報(bào)警設(shè)置溫度為45°C，達(dá)到 58°C 就會(huì)斷開(kāi)開(kāi)關(guān))。同時(shí)，為了解決低溫充電難和容量低的問(wèn)題，多數(shù)廠家采用的是樹脂材料包裹保溫的策略。

而關(guān)于耐高溫。目前磷酸鐵鋰電熱峰值可達(dá)350℃~500℃，相對(duì)安全性要好，而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200℃左右。所以目前占有市場(chǎng)份額最大的鈷酸鋰(特斯拉使用的18650鋰電池)，在安全性方面的隱患一直被詬病。

2、忌過(guò)沖和過(guò)放

江湖中不管是混的有頭有臉，還是沒(méi)頭沒(méi)臉的鋰離子電池都非常害怕過(guò)充和過(guò)放。過(guò)充電時(shí)，過(guò)量嵌入的鋰離子會(huì)永久固定于晶格中，無(wú)法再釋放，可導(dǎo)致電池壽命短。過(guò)放電時(shí)，會(huì)導(dǎo)致鋰離子的電化學(xué)反應(yīng)不可逆，脫嵌過(guò)多鋰離子，可導(dǎo)致晶格坍塌，一旦放電電壓低于2.7V，將可能導(dǎo)致電池報(bào)廢。同時(shí)鋰離子電池對(duì)充電的要求也很高，它要求精密的充電電路以保證充電的安全。終止充電電壓精度允差為額定值的±1%(例如，充4.2V的鋰離子電池，其允差為±0.042V)，過(guò)壓充電會(huì)造成鋰離子電池永久性損壞。

鋰離子電池如果充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，發(fā)生的爆炸的可能性也會(huì)加大。因?yàn)殇嚨幕瘜W(xué)性質(zhì)非?；顫?，很容易燃燒，當(dāng)電池充放電時(shí)，電池內(nèi)部持續(xù)升溫，活化過(guò)程中所產(chǎn)生的氣體膨脹，使電池內(nèi)壓加大。壓力達(dá)到一定程度，如外殼有傷痕，即會(huì)破裂，引起漏液、起火，甚至爆炸。

目前未來(lái)防止鋰電池的過(guò)沖過(guò)放帶來(lái)的安全問(wèn)題，大部分廠家采取了多重的保護(hù)機(jī)制。一種是軟件的防護(hù)，通過(guò)電控系統(tǒng)里增加保護(hù)電路，檢測(cè)電池組的最高、最低單體電壓、總電壓、溫度等的閥值。沒(méi)有超出這些保護(hù)閥值時(shí)，通過(guò)計(jì)算電量SOC來(lái)上報(bào)輸出能力，超過(guò)則切斷輸出來(lái)防止過(guò)充、過(guò)放、過(guò)載、過(guò)熱(至于是切斷電池單體、一個(gè)并聯(lián)組還是整個(gè)電池，取決于布置的控制傳感器的多少，越多電池越大，成本也越高，大部分廠家傾向于整體切斷，整體切斷存在一定的隱患，會(huì)讓電動(dòng)汽車突然的失速)。一種是物理的防護(hù)，通過(guò)在電池殼體增加防暴孔、防爆線，在電池正負(fù)極之間增加隔膜(隔膜目前基本依賴進(jìn)口或者外資在中國(guó)的工廠生產(chǎn))來(lái)防止高溫產(chǎn)生的爆炸風(fēng)險(xiǎn)。排氣孔、隔膜一旦激活，電池將永久失效。

3、電池存在一致性問(wèn)題影響整體性能

由于動(dòng)力電池是由多個(gè)單體電池串并聯(lián)組成的電池組，單體電池的短路或者過(guò)放電等都會(huì)影響整體電池的輸出。所以電池具有木桶效應(yīng)，循環(huán)壽命和整體性能很難達(dá)到理論值。只有在電池性能高度一致時(shí)，壽命發(fā)揮才能接近單體電池的水平。而在現(xiàn)有的條件下，由于原材料工藝復(fù)雜難以把握、工藝制作及流程的控制不夠精細(xì)、加工設(shè)備自動(dòng)化程度不夠高等原因，制作出來(lái)的電池一致性不佳，進(jìn)而影響到電池的使用性能和整體壽命。

這三點(diǎn)是目前鋰離子電池的共性問(wèn)題，所以鋰離子電池就像個(gè)矯情的小公舉，使起性子來(lái)就得“大保健”伺候著。但是不同的鋰離子電池中也存在差異性。我們通過(guò)一張表格來(lái)對(duì)比一下：

從表中我們可以看出，目前的鋰離子電池在某些方面都存在明顯的短板。而鈷酸鋰因?yàn)槠漭^高的能量密度和較小的電池體積，在商用動(dòng)力電池領(lǐng)域占有較高的份額。但是其較高的價(jià)格和不耐高溫的安全性問(wèn)題則一直被詬病。磷酸鐵鋰雖然循環(huán)次數(shù)高，價(jià)格相對(duì)較低，比能容也已經(jīng)接近了鈷酸鋰的水平，但是因?yàn)樗駥?shí)密度較低，電池尺寸較大，耐低溫性能差，而且電池一致性較差(生產(chǎn)自動(dòng)化程度低、實(shí)際會(huì)影響比能容和循環(huán)壽命)，所以一直不能較好的運(yùn)用到小型乘用車上。對(duì)于尺寸和重量較為敏感的小型乘用車來(lái)說(shuō)，鈷酸鋰和三元鋰依然是目前的首選。

說(shuō)兩點(diǎn)題外的東西。啥意思呢?看完大家可以自行思考：

鋰?yán)与姵氐暮诵闹R(shí)產(chǎn)權(quán)國(guó)際專利大多數(shù)都是美國(guó)、加拿大和日本的，專利情況如下：磷酸鋰鐵技術(shù)的核心專利由美國(guó)的A123(A123破產(chǎn)后被中國(guó)萬(wàn)向收購(gòu))、Valence和加拿大的Phostech籠斷了技術(shù)市場(chǎng); 三元鋰電池專利則有一家美國(guó)的公司籠斷了世界技術(shù)市場(chǎng)。

關(guān)于電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)市面在售自主品牌電動(dòng)車的最大續(xù)航里程，很多都是標(biāo)稱等速60km/h的工況下測(cè)定的，實(shí)際綜合續(xù)航里程要大打折扣。即便標(biāo)稱的綜合里程，也是在NEDC的四城市路譜工況下測(cè)定的，而由于滾阻系數(shù)又可調(diào)，所以你懂的····