【超级·干货】新能源汽车电池对比分析,哪种才是未来主流?

发布日期:2018-01-26  来源:锂电网  作者:费强
核心提示:目前,市面上的新能源车采用的电池种类各不相同,那么它们分别有怎样的特性呢?究竟哪种电池的综合表现更佳?下面,我们就对几种主流的新能源汽车电池类型做一个盘点。
 

 

作为新能源汽车的重要组成部分,电池的性能在很大程度上决定了车辆的综合表现。

 

目前,市面上的新能源车采用的电池种类各不相同,那么它们分别有怎样的特性呢?究竟哪种电池的综合表现更佳?下面,我们就对几种主流的新能源汽车电池类型做一个盘点。

磷酸铁锂电池

 

那么,为何大量纯电动车都选择了磷酸铁锂电池呢?这主要有以下几个原因。首先,磷酸铁锂电池的使用寿命较长,一般情况下,它的循环寿命可以达到2000次以上。

 

此外,磷酸铁锂电池在热稳定性方面也有着一定的优势,在所有锂电池中,磷酸铁锂电池的热稳定性最佳。其电热峰值可达350-500℃,当温度达到500℃左右时,内部化学成分才开始分解。这样的特性也使得磷酸铁锂电池的安全性得到了保证。

磷酸铁锂电池得到广泛推广的原因还在于其较低的成本,众所周知,电池成本在一辆纯电动汽车的总成本中占比极大,降低电池成本是提升车辆性价比最有效的方式之一。对于磷酸铁锂电池来说,其不含钴等贵重元素,原料为资源含量丰富的磷、铁,所以成本相对容易控制。

虽然磷酸铁锂电池有着上述优点,不过它也存在一些缺点,使得近两年车企纷纷抛弃磷酸铁锂电池转而使用三元锂电池。其中最主要的一项就在于,磷酸铁锂电池的能量密度较低,相同续航里程下,采用磷酸铁锂电池的车辆自重更高,而过高的自重对于能耗的控制显然是不利的。

 

另外,我国的新能源政策也在逐年提高对于能量密度的要求,受限于材料本身的特性,磷酸铁锂电池的能量密度很难得到提高,这也是其被弃用的原因之一。

三元锂电池


下面咱们来说说最近主流的一类电池——

三元锂电池。它是指正极材料使用镍钴锰酸锂三元正极材料的锂电池。相比磷酸铁锂电池,三元锂电池的综合表现更为平均,能量密度较高,体积比能量也更高,并且随着电池产业的发展,三元锂电池的价格也来到了一个厂家能够接受的范围。

三元锂电池最大的优势在于电池能量密度高,其储能密度通常在200Wh/kg以上,相对于磷酸铁锂的90-120Wh/kg来说,这样的表现对于轻量化设计更加友好,也更适合现阶段新能源乘用车市场对续航里程的需求。

 

三元锂电池的缺点也同样突出,其分解温度在250-350℃左右,此时内部化学成分开始分解,释放氧分子,在高温作用下电解液会迅速燃烧,增加电池发生自燃及爆炸的风险。

 

因此搭载三元锂电池的车型对电池管理系统提出了极高的要求,在设计过程中需要做好过充保护、过放保护、过温保护和过流保护等。

 

不过随着技术的进步,尤其是在应用了陶瓷隔膜之后,三元锂电池的安全问题已得到改善,由于其出色的综合表现,目前在市场上得到了大量应用。

镍氢电池


镍氢电池是大家相对陌生的一类电池,目前除丰田旗下车型外,几乎没有搭载此类电池的车型

 

镍氢电池也是一种性能良好的蓄电池。镍氢电池分为高压镍氢电池和低压镍氢电池。其正极活性物质为Ni(OH)2,负极活性物质为金属氢化物,也称储氢合金。我们经常接触的新能源汽车采用的是低压镍氢电池。

其实,早在上世纪90年代,镍氢电池就开始进入人们的视野,大家最为熟知的丰田普锐斯就是搭载镍氢电池的代表性车型,而丰田也一直执着于使用镍氢电池,直到今日,大量丰田旗下的新能源车型还在沿用此类电池,如卡罗拉双擎、凯美瑞双擎、普锐斯等。

 

能量密度方面,其表现与普通锂电池差距并不大,但由于电池单体电压仅为1.2V,是锂电池的1/3,因此在需求电压一定的情况下,其电池组的体积要比锂电池大不少,这也是镍氢电池的主要劣势所在。

不过,丰田坚持使用镍氢电池也不是完全没有道理的。曾经有美国汽车媒体进行过调查,在进行测试后,他们发现采用镍氢电池的第一代普锐斯在经过了10年、33万公里的行驶之后,无论是在油耗性能还是在动力性能方面都与新车保持在同一水平,并没有出现明显的电池容量衰减以及性能下降的情况,相信如此出色的稳定性也是丰田采用镍氢电池的原因所在。

氢燃料电池


最后咱们来说说被视为未来发展方向之一的氢燃料电池。

氢燃料电池的基本原理是电解水的逆反应,把氢和氧分别供给阳极和阴极,氢通过阳极向外扩散,并与电解质发生反应,释放出的电子通过外部的负载到达阴极,是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。

 

它从外表上看有正负极和电解质等,像一个蓄电池,但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。也就是说,氢燃料电池与其他纯电动车不同的是,其无需充电,只需加氢,使用习惯上类似于普通燃油车,非常方便。

氢燃料电池电动车能量转换效率高、无污染、寿命长、运行平稳,而其最大的优势则在于没有污染物排放,虽然纯电动车看似同样没有产生污染排放,但是在发电环节,对于主要依靠火电的中国来说,纯电动汽车的使用只是起到了转移污染的效果。

 

有朋友会问了,既然氢燃料电池车在环保方面表现如此出色,为什么市场占有率如此低下呢?问题主要出在氢的制造、运输和储存上。目前除了制造环节发展较为成熟外,其他部分都还有不少问题亟待解决。

首先,制造出氢气势必要用容器进行储存,但是气态氢气需要高压气罐储存,液态氢气则需保持低温,对容器的要求较高。其次,在运输过程中,由于氢气的易燃易爆特性,也需要专门铺设新的管道。这也就意味着想要实现氢燃料电池车的普及,需要建立一整套配套设施,前期投资成本过高。这也造成了氢燃料电池车推广力度不大的现状。

 

总结

 

其实从电池的本质来看,并没有哪一种电池有着绝对的优势,只是在特定的需求和政策的导向之下,三元锂电池逐渐成为了市面上新能源车的主要选择。

 

虽然我国的新能源汽车发展迅猛,不过现阶段的动力电池,在充电速度、续航里程、重量控制、低温性能等方面,都还有很大的提升空间。

 

2017年我国新能源汽车(EV+PHEV)动力电池装机量

去年,装机总电量前10的动力电池企业合计约为26.22Wh,占整体的72.3%。其中,宁德时代10.4GWh的装机量约占总量的30%,比亚迪紧随其后,占比约15%。

在2017全年的动力电池出货中,磷酸铁锂电池占比50%,三元锂电池占比45%,锰酸锂电池占比4%,钛酸锂电池占比1%。


 
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