電動車開始普及后,也引入了很多新名詞和新事物,比如電動車必備的電池,就分為三元鋰和磷酸鐵鋰電池。除了這兩種電池類型,準備購車的朋友應該還了解到,刀片電池、彈匣電池以及神盾電池等名詞。
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在這里需要給大家做個區分,盡管電池名稱有很多種,但主流動力電池的電芯目前只有兩種,就是磷酸鐵鋰和三元鋰。至于刀片電池、彈匣電池以及神盾電池,這些都是為了達到某種性能,而對電池采取的不同封裝形式。因此,購車過程中,我們只需要知道磷酸鐵鋰和三元鋰電池的區別,就能夠相對輕松,根據自己的需求做出判斷。至于為中提及的三種封裝形式,我們將會單獨出一期文章或視頻詳細介紹。
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磷酸鐵鋰和三元鋰電池有一個共同的名字,叫鋰電池,并且他們的負極材料都采用石墨組成,只是在正極材料上有所不同。
正極構成決定命名:
磷酸鐵鋰電池正如其名,正極材料由磷酸鐵組成;三元鋰電池也說明了自己的正極由三種材料組成,分別是鎳、鈷、錳酸鋰或鎳、鈷、鋁酸鋰,但當前以鎳、鈷、錳酸鋰為主。
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所以兩種電池之所以有不同特性,正是由他們的正極材料所決定。
正極晶格結構決定電池特性:
這兩種不同的正極材料,在分子領域有不同的晶格結構,也正是兩種不同的晶格結構,決定了磷酸鐵鋰和三元鋰電池有不同的電池特性。
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對鋰電池來說,充放電過程,就是鋰離子遷移的過程。放電過程中,鋰離子從負極遷移到正極;充電過程中,鋰離子從正極遷移到負極。在充放電過程中,單位時間內遷移的鋰離子越多,充放電速度就越快。
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在磷酸鐵鋰電池中,正極的磷酸鐵鋰材料晶體,呈三維空間網狀橄欖石結構。這種分子結構的特點就是穩定,但其分子空間容量較小,且留給鋰離子遷移的路徑不夠多,所以磷酸鐵鋰電池的能量密度就相對較低,且在放電過程中會比較緩慢。
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不過穩定的分子結構也給磷酸鐵鋰電池帶來了一些好處,就是熱穩定性高,同時電池的循環使用壽命更長。
而這些由分子結構的特點,也就成了磷酸鐵鋰電池的特性。即穩定性高、使用壽命長,但其充放電速度較慢,且能量密度低,低溫放電性能差。
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三元鋰電池的正極材料,鎳、鈷、錳酸鋰,在分子領域是一種層狀結構,這種結構能夠容納更多鋰離子,同時鋰離子也有更多途徑脫出。他的分子結構決定了三元鋰電池會擁有更快的充放電速度。
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但因為三元材料的層狀結構對鋰離子固定的不夠牢靠,所以每次充放電都有部分鋰離子與電解液發生反應,久而久之,便會有部分鋰離子在反應中被消耗,這個時候,電池容量也會隨之下降。
因此,三元材料的層狀晶格結構,決定了三元鋰電池擁有充放電速度快、耐低溫性能好、能量密度高的優點;但他同時也有熱穩定性不高、循環使用壽命略低的缺點。
材料構成決定成本差異:
當我們了解完兩款電池的優缺點,再來看看他們的成本。磷酸鐵鋰電池的正極材料相對容易獲取,所以磷酸鐵鋰電池的生產成本很低;而三元鋰電池中的鈷,屬于稀有金屬,并且中國儲量只占世界儲量的1%,這就導致生產三元鋰電池必須從國外進口鈷礦,所以三元鋰電池的價格也就水漲船高。
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看到這里,很多朋友也許會聯想到美國卡咱們芯片的事兒。萬一國外不賣給咱們鈷礦,那新能源車不就徹底停擺?這就不得不佩服國家層面的高瞻遠矚,從2011年開始,我國企業就開始在全球儲量最大的剛果,對不同體量的鈷礦生產企業進行收購,直到2016年,洛陽鉬業直接拿下剛果最大鈷礦企業。到2022年,剛果成規模的15家鈷礦生產企業中,中國企業取得了12家鈷礦開發經營權。
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所以,能源安全方面,我們暫且不用擔心。我們只需要知道,三元鋰電池在成本上的確比磷酸鐵鋰電池更高就行。
正是因為兩種電池生產成本有所不同,所以他們所搭載的車型也有所區別。在電動車剛起步的階段,磷酸鐵鋰電池大多用在入門級純電動車上,而更高級別的電動車,則會用上三元鋰電池。
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其實,當前在售Model 3,Model Y車型也是如此,其入門車型使用寧德時代的磷酸鐵鋰電池,但在中高配車型上則搭載了LG的三元鋰電池。
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蔚來部分入門車型也采用了三元鋰和磷酸鐵鋰電池混搭,而中高配車型則統一采用三元鋰電池。
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那么,這些搭配方式是不是說明磷酸鐵鋰電池不好或級別更低?
其實并不能這么理解,只能說磷酸鐵鋰電池的特性,決定了他更適合用在入門車型身上。但比亞迪推出刀片電池后,磷酸鐵鋰電池的地位卻被直線拉高,因為刀片封裝形式在很大程度上,解決了磷酸鐵鋰電池單位體積能量密度低的問題,而其安全性高的優勢,卻是三元鋰電池力所不能及的。
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也正因為如此,特斯拉開始大量采購比亞迪電池,并配備在德國生產的Model Y車型身上。盡管沒有明確說明采購的是不是刀片電池,但根據特斯拉對車輛續航以及性能的需求來看,很大概率就是刀片電池。
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這個時候朋友們是不是看得有些迷糊,看了半天還是不知道該選磷酸鐵鋰還是三元鋰電池?其實這兩種電池,在經過企業電控系統以及不同封裝形式的優化后,他們之間的差別的確沒有我們想象的那么大。
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如果要做選擇,我們可以根據地域溫度不同做出不同選擇。南方朋友選擇電車,這兩種電池任意選擇,因為南方并不存在過低溫度,兩種電池電芯在任何季節都具備正常活性,冬季續航打折并不會太厲害;如果是生活在中部地區的朋友,建議選擇三元鋰電池,因為他本身的低溫性能更好;如果是生活在新疆,西藏、內蒙古或者東北地區的朋友,我們建議直接選擇混動或燃油車輛,畢竟這些地方要么地廣人稀找不見充電樁,要么冬天溫度低到離譜,純電車輛在這個時候并不能給朋友們提供應有的便利,所以還是選擇混動或純燃油車比較合適。
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