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惊诧比亚迪开始用三元材料了宋或首先搭载新

2018-09-29 09:54:09 作者: 0人读过 | 我要赞

惊诧!比亚迪开始用三元材料了,宋或首先搭载新电池

在新能源汽车电池路线一直高举磷酸铁锂大旗的比亚迪,竟然投向了此前一直“抗拒”的阵营——三元锂电池,即将上市的宋或将成为比亚迪首款搭载三元锂电池的车型。

工信部8月14日公布的第72批节能与新能源汽车目录中,比亚迪BYD6460STHEV车型入选,产品名称为插电式混合动力多用途乘用车。从车型信息及图片分析对照可知,这款车就是比亚迪插电式SUV车型宋。

申报图和车展图的对比

根据公告技术参数表,该车的电动汽车储能装置种类为镍钴锰酸锂电池,由惠州比亚迪电池有限公司生产。也就是说,比亚迪自主研发生产了三元锂电池,并且已经到了应用阶段。而此前,磷酸铁锂一直是比亚迪新能源车型采取的主要电池路线。比亚迪秦、唐、e6等车型均搭载磷酸铁锂电池。

此外比亚迪也在研究磷酸铁锂路线下的改进型——磷酸铁锰锂。第四批新能源车型免购置税目录显示,新款比亚迪e6将搭载全新的磷酸铁锰锂电池,续航里程从300km提升至400km。

车型

电池类型

电池容量

电池质量

整备质量

续航里程

新款e6

磷酸铁锰锂

82kWh

700kg

2420kg

400km

老款e6

磷酸铁锂

63kWh

750kg

2360/2380kg

300km

尽管新款e6的电池容量增加了19kWh,但整体电池质量反而减重50kg。通过采用磷酸铁锰锂电池替代磷酸铁电池,电池能量密度提升,以“增量不增重”的方式获得续航里程的大幅提升。

目前,主流的正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂以及镍钴锰酸锂三元材料等。就能量密度、成本、安全性、热稳定性和循环寿命来看,上述主流正极材料的表现各有千秋,这也导致动力锂电池正极材料技术路线出现分化。以特斯拉为代表的企业最早采用三元锂电池,里程优势明显。随后北汽新能源、江淮、奇瑞等企业都开始在新车型上应用了三元电池。而比亚迪一直是磷酸铁锂路线的代表者和坚持者,认为磷酸铁锂安全性最好。而如今比亚迪的新车型也开始应用三元锂电池,这是比亚迪的一次技术试探,还是彻底的路线转型?

下一页:四大电池类型解析

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三元材料

三元聚合物锂电池是指正极材料使用锂镍钴锰三元正极材料的锂电池,锂离子电池的正极材料有很多种,主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。三元材料综合了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂三类材料的优点,具有容量高、成本低、安全性好等优异特性,其在小型锂电中逐步占据一定的市场份额,并在动力锂电领域具有良好的发展前景。

对锂电池而言,钴金属是必不可少的材料。但是金属钴一方面价格高昂

惊诧比亚迪开始用三元材料了宋或首先搭载新

,一方面存在毒性,无论技术领先的日韩企业还是国产电池厂商近年来都致力于电池“少钴化”。在这种趋势下,以镍盐、钴盐、锰盐为原料制备而成的镍钴锰酸锂三元材料渐渐受到推崇。从化学性质角度出发,三元材料属于过度金属氧化物,电池的能量密度较高。

尽管在三元材料中,钴的作用仍不可缺少,但质量分数通常控制在20%左右,成本显著下降。而且同时兼具钴酸锂和镍酸锂的优点。随着近年来国内外厂商不断加码生产,以三元材料为正极材料的锂电池取代商用钴酸锂的趋势已十分明显。

大到电动汽车,小到智能、可穿戴设备或者充电宝,这种新型技术都完全适用。特斯拉最早将三元电池应用在电动汽车上,Model S续航里程能够达到486公里,电池容量达到85kWh,采用了8142个3.4AH的松下18650型电池。工程师将这些电池以砖、片的形式逐一平均分配最终组成一整个电池包,电池包位于车身底板。

从全球范围来看,各方对三元材料的研发生产都在不断推进。在这个过程中,材料性能大幅提升,应用领域也一再拓展。日、韩企业是三元材料电池研发的佼佼者。国内三元材料生产从2005年左右起步,目前也已出现了十多家规模企业。

磷酸铁锂

磷酸铁锂作为锂动力电池材料是近几年才出现的事,国内开发出大容量磷酸铁锂电池是2005 年。其安全性能与循环寿命是其它材料所无法相比的,这些也正是动力电池最重要的技术指标。1C 充放循环寿命达2000 次。单节电池过充电压30V 不燃烧,穿刺不爆炸。磷酸铁锂正极材料做出大容量锂离子电池更易串联使用,以满足电动车频繁充放电的需要。

磷酸铁锂具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、价格便宜,寿命长等优点,是新一代锂离子电池的理想正极材料。磷酸铁锂电池也有其缺点,例如磷酸铁锂正极材料的振实密度较小,等容量的磷酸铁锂电池的体积要大于钴酸锂等锂离子电池,因此在微型电池方面不具有优势。

由于磷酸铁锂材料的固有特点,决定其低温性能劣于锰酸锂等其他正极材料。一般情况下,对于单只电芯(注意是单只而非电池组,对于电池组而言,实测的低温性能可能会略高,这与散热条件有关)而言,其0℃ 时的容量保持率约60~70%,-10℃时为40~55%,-20℃时为20~40%。这样的低温性能显然不能满足动力电源的使用要求。当前一些厂家通过改进电解液体系、改进正极配方、改进材料性能和改善电芯结构设计等使磷酸铁锂的低温性能有所提升。

电池存在一致性问题。单体磷酸铁锂电池寿命目前超过2000 次,但电池组的寿命会大打折扣,有可能是500 次。因为电池组是由大量单体电池串并而成,其工作状态好比一群人用绳子绑在一起跑步,即使每个人都是短跑健将, 如果大家的动作一致性不高,队伍就跑不快,整体速度甚至比跑得最慢的单个选手的速度还要慢。电池组同理,只有在电池性能高度一致时,寿命发挥才能接近单体电池的水平。

氢燃料电池

燃料电池对环境无污染。它是通过电化学反应,而不是采用燃烧(汽、柴油)或储能(蓄电池)方式--最典型的传统后备电源方案。燃烧会释放象COx、NOx、SOx气体和粉尘等污染物。如上所述,燃料电池只会产生水和热。如果氢是通过可再生能源产生的(光伏电池板、风能发电等),整个循环就是彻底的不产生有害物质排放的过程。

燃料电池的发电效率可以达到50%以上,这是由燃料电池的转换性质决定的,直接将化学能转换为电能,不需要经过热能和机械能(发电机)的中间变换。

氢燃料电池车的工作原理是:将氢气送到燃料电池的阳极板(负极),经过催化剂(铂)的作用,氢原子中的一个电子被分离出来,失去电子的氢离子(质子)穿过质子交换膜,到达燃料电池阴极板(正极),而电子是不能通过质子交换膜的,这个电子,只能经外部电路,到达燃料电池阴极板,从而在外电路中产生电流。电子到达阴极板后,与氧原子和氢离子重新结合为水。由于供应给阴极板的氧,可以从空气中获得,因此只要不断地给阳极板供应氢,给阴极板供应空气,并及时把水(蒸气)带走,就可以不断地提供电能。燃料电池发出的电,经逆变器、控制器等装置,给电动机供电,再经传动系统、驱动桥等带动车轮转动,就可使车辆在路上行驶。与传统汽车相比,燃料电池车能量转化效率高达60~80%,为内燃机的2~3倍。燃料电池的燃料是氢和氧,生成物是清洁的水,它本身工作不产生一氧化碳和二氧化碳,也没有硫和微粒排出。因此,氢燃料电池汽车是真正意义上的零排放、零污染的车。

氢燃料电池车的优势毋庸置疑,劣势也是显而易见。随着科技的进步,曾经困扰氢燃料电池发展的诸如安全性、氢燃料的贮存技术等问题已经逐步攻克并不断完善,然而成本问题依然是阻碍氢燃料电池车发展的最大瓶颈。氢燃料电池的成本是普通汽油机的100倍,这个价格是市场所难以承受的。

锰酸锂

锰酸锂是较有前景的锂离子正极材料之一,相比钴酸锂等传统正极材料,锰酸锂具有资源丰富、成本低、无污染、安全性好、倍率性能好等优点,是理想的动力电池正极材料,但其较差的循环性能及电化学稳定性却大大限制了其产业化。锰酸锂主要包括尖晶石型锰酸锂和层状结构锰酸锂,其中尖晶石型锰酸锂结构稳定,易于实现工业化生产,如今市场产品均为此种结构。尖晶石型锰酸锂属于立方晶系,Fd3m空间群,理论比容量为148mAh/g,由于具有三维隧道结构,锂离子可以可逆地从尖晶石晶格中脱嵌,不会引起结构的塌陷,因而具有优异的倍率性能和稳定性。

如今,传统认为锰酸锂能量密度低、循环性能差的缺点已经有了很大改观(万力新能典型值:123mAh/g,400次,高循环型典型值107mAh/g ,2000次)。表面修饰和掺杂能有效改性其电化学性能,表面修饰可有效地抑制锰的溶解和电解液分解。掺杂可有效抑制充放电过程中的Jahn-Teller效应。将表面修饰与掺杂结合无疑能进一步提高材料的电化学性能,相信会成为今后对尖晶石型锰酸锂进行改性研究的方向之一。

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