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磷酸铁锂电池和三元锂电池哪一个好,为什么?
磷酸铁锂电池组和三元锂电池哪个寿命更长
磷酸铁锂电池循环5000次剩余容量百分之八十四,三元锂电池循环3900次剩余容量百分之六十六,循环寿命方面进行比较,磷酸铁锂电池组优势更明显。
如果把剩余容量/初始容量=80%作为测试结束点,目前磷酸铁锂电池实验室1C循环寿命在3500次以上,部分达到5000次,而三元锂电池实验室1C循环寿命在2500次左右。
在循环寿命这一个点上,磷酸铁锂电池组相较于三元锂电池,真实寿命要长许多。在同等循环次数下,磷酸铁锂电池的剩余容量也比三元锂电池多不少。
除了在循环寿命方面这两者电池有着较大的差距,在安全性能方面,两者也有不同。
磷酸铁锂电池组和三元锂电池安全性能比较
从材料体系方面来进行比较,磷酸铁锂电池组的正极材料分解温度在700摄氏度左右,三元锂电池的正极材料分解温度在200摄氏度左右。
在实验室的测试环境下,短路的磷酸铁锂电池单体,基本不会有着火的情况出现。而三元锂电池则不一样,会更容易出现着火的情况,所以三元锂电池对于热管理的要求较高,而磷酸铁锂电池组对于温度的适应性更高也更安全。
磷酸铁锂寿命长,循环寿命长(2000-5000)次,但是成组后的铁锂一致性较差,很难达到2000次寿命,热失控温度500度以上,安全性比三元锂电池好一些,但是低温性能差,体积重量大。
三元锂电池耐低温性能好,容量高,热失控200度以上,寿命(500-2000)次,一致性不错。安全性比铁锂低。
铁锂和三元都会起火爆炸,别被误导(本人做过高压过充和穿刺实验,铁锂用高压大电流充电也会膨胀起火)网上实验视频也有,百度能够搜到,在我看来目前的锂电池没有绝对安全的,使用锂电池当谨慎使用(定时插座配合bms保护系统多重安全,专用充电器,小电流充电,小电流放电,防水防震)
磷酸铁锂和三元锂,可以说是各有各的好处!
不同的产品领域,不同的需求,应用选用起来也是有不同的考虑的。
总的来说,
如果产品侧重考虑的是,高温安全性可靠性,循环寿命,要选择磷酸铁锂。
如果产品侧重考虑的是,能量密度,低温性能,性价比,要选择三元锂。
由于特有的材料特性,磷酸铁锂电池安全稳定性更高,而三元锂相对来说安全稳定性要低一些。
铁锂电池的循环寿命,1C充放电,100%DOD,会1500-2000次,80%容量剩余,而三元锂,同样的条件,只有500次左右的循环寿命。
磷酸铁锂平台电压比三元锂的低。铁锂标称3.2V,单体电压范围2.0~3.65V;而三元锂标称3.6V,单体电压范围2.5V~4.2V。
如果产品要求体积小重量轻,当然要选择三元锂电池,因为它的能量密度很高。以18650为例,国内品牌的铁锂电池容量在1500mAh左右;而三元锂电池,2200mAh和2600mAh国内较为常见,进口品牌三元锂能量密度更高,18650-3500mAh都是成熟稳定的产品了。
举个例子,常见的48V16Ah的产品,18650铁锂需要匹配15串10并,150颗电芯;而三元锂18650只需要13串5并左右就能搞定,才65颗18650的电芯。这样的体积与重量,三元锂比铁锂电池小得多了。
目前电动 汽车 的动力电池常采用锂离子电池。
锂离子按照正极材料的不同,又可以分为磷酸铁锂、三元材料、钴酸锂、锰酸锂等类型。
从成本、安全、性能等综合考虑,目前市场上 三元材料 和 磷酸铁锂 是使用占比最高的电池。
两者区别是什么?
磷酸铁锂材料,化学式为LiFePO4,简写LFP,橄榄石结构,电压平台3.4V左右,比容量130-140mAh/g。
磷酸铁锂结构比较稳定,安全性高,循环性能好,成本也较低。
而三元材料,简写为NCM/NCA(NCA为NCM近亲),NCM化学式LiNixCoyMn1-x-yO2,层状结构,电压平台3.6V左右。
相比于磷酸铁锂电池,三元的比容量高于(最高达220mAh/g),但是循环性能较差,安全性也不高。
进一步来说,根据镍钴锰比列,三元材料又有NCM523,NCM622,NCM811(镍:钴:锰=8:1:1)之分,镍含量增高,比容量会逐渐上升,钴的含量也会相对减少,同时热稳定也会降低。
从上面比较可以看出,磷酸铁锂能量密度不及三元电池,但由于安全性相对较高,常用与电动大巴车上;而在电动乘用车,因为续航里程要求,常用三元电池。
看个人对续航里程、预算以及安全性的需求。
从能量密度方面看,成组后的三元锂大致比铁锂容量高1/3到1/2,也就是相同体积下电量比铁锂多1/3到1/2,同时重量也要轻1/3到1/2。对于空间有限预算不是事又追求极致续航的来说,三元锂是不二选择。
成本方面,三元锂价格比铁锂价格高,按每度电来算,三元成本是铁锂的1.5到2倍,对于预算有限但是续航要求仅在两三百公里以内的来说,铁锂无疑是兼顾日常续航和极致性价比的最好选择,DIY的话每度电成本甚至可以比铅酸还便宜。
安全性方面,市面上出现的锂电池爆燃事故,十有八九是三元锂锂电池,比如今年出现的一次特斯拉爆燃和两起蔚来 汽车 爆燃,反之,铁锂很少听到此类事故报道,这个和三元和铁锂的热分解温度高三元热分解温度低,铁锂不分解产生易燃助燃气体而三元易热分解出易燃助燃气体有关。所以,心粗一点的,小白一点的,可以用用铁锂。
市场上主流的动力锂电池有两类,第一类是磷酸铁锂电池;第二类是三元材料电池,含有镍、钴、锰三种金属元素。无钴电池是将这三种元素镍、钴、锰中的钴完全去除掉。
两者比较各有优劣:磷酸铁锂电池安全性还行,但由于能量密度低,续航相对较差,300公里以下磷酸铁锂没问题,之上会吃力;三元锂电池续航高,但安全性相对没有磷酸铁锂稳定。
不过,现在比亚迪新一代的电池产品“刀片电池”,它既具有三元锂电池的高续航特点,也具备磷酸铁锂电池的高安全性。更重要的是,造价成本相比三元锂电池还要低。
各确优点,如果要性价比高,而不考虑重量,那还是铁锂好,寿命更长,应力更好,更安全
磷酸铁锂优点安全,缺点能量密度低,三元锂电优点能量密度高,缺点不稳定充放电容发热
没有好坏之说,各有千秋:磷酸铁锂电池比较安全,适合做为储能电池在室内车内使用;三元锂脾气太爆,适合做为动力电池在室外和车外(底盘)使用。在低温环境磷酸铁锂可以使用自加热设计,成本不高也不会有太大的性能损失。倒是三元锂在高温下的热失控是个难解的大问题,一是加装散热系统必然导致结构复杂成本高,二是电池管理系统面对热失控除了自动断电别无他法。该烧的还是会继续烧,该炸的还要继续炸。大量的水是对付锂电池自燃爆炸的唯一办法,但是电动车、三轮车、电动 汽车 都不可能储有这么多的水,除了房车有巨大的清水箱和灰水箱,所以房车有使用三元锂的条件,但是要外置锂电池,不能放在车内(因为三元锂的燃烧爆炸非常迅猛,逃离大概只有七秒的时间),还要加装喷水灭火装置。
磷酸铁锂三元锂电缩写
磷酸铁锂三元锂电缩写LFp。
三元聚合物锂电池是指正极材料使用镍钴锰酸锂(Li(NiCoMn)O2)三元正极材料的锂电池,三元复合正极材料前驱体产品,是以镍盐、钴盐、锰盐为原料,里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整,三元材料做正极的电池相对于钴酸锂电池安全性高。三元锂电池在低温条件下表现更好,不容易出现降低续航里程的情况,而且能量密度比磷酸铁锂电池更高,在同样的体积下电容量更大
三元锂电池正极材料中lfp指的是
磷酸铁锂。
磷酸铁锂就是LFP,中文一般称为磷酸铁锂,橄榄石结构。
lfp电池是一种锂离子电池的正极材料,也称为锂铁磷电池。
lfp电池不含钴等贵重元素,原料价格低,且磷,锂,铁存在于地球的资源含量丰富,不会有供料问题。
高放电功率,可快速充电且循环寿命长,在高温与高热环境下的稳定性高。
充电过程中,磷酸铁锂中的部分锂离子脱出,经电解质传递到负极,嵌入负极碳材料。
同时从正极释放出电子,自外电路到达负极,维持化学反应的平衡。
放电过程中,锂离子自负极脱出,经电解质到达正极,同时负极释放电子,自外电路到达正极,为外界提供能量,磷酸铁锂电池具有工作电压高,能量密度大,循环寿命长,安全性能好,自放电率小,无记忆效应的优点。
动力电池变局:磷酸铁锂凭什么扳回一局
一直以来,磷酸铁锂电池(LFP)和三元锂电池(NCM,正极材料为镍钴锰三种材料)这对“冤家”斗得如火如荼。此前,磷酸铁锂电池多年稳坐国内动力电池霸主地位,但近年被三元锂电池追赶上来,并于2018年首次被三元锂电池超越,且差距逐年拉大。2020年上半年,三元锂电池高峰期在动力电池市场的占比甚至一度超过七成。
然而,市场变幻莫测。在时隔近三年之后,磷酸铁锂电池的产量在2021年5月首次反超三元锂电池。按业内人士预测,磷酸铁锂电池的装车量有望在6月也超过三元锂电池,重新夺回动力电池市场的冠军宝座。
为何磷酸铁锂电池实现逆袭
磷酸铁锂电池靠价格优势,以及改进能量密度和续航能力等技术,正在扳回一局。
近日,中国 汽车 动力电池产业创新联盟数据显示,2021年5月,我国动力电池产量共计13.8GWh,同比增长165.8%。其中,磷酸铁锂电池5月产量为8.8GWh,占总产量63.6%,同比增长317.3%,环比增长41.6%;三元锂电池产量5.0GWh,占总产量36.2%,同比增长62.9%,环比下降25.4%。由于今年5月激增,磷酸铁锂电池的产量自2018年以来首次反超三元锂电池,今年1~5月累计产量为29.9GWh,占总产量50.3%;同期,三元锂电池累计产量为29.5GWh,占总产量49.6%。
而在装车量上,磷酸铁锂电池暂时比三元锂电池还稍逊一筹。5月,磷酸铁锂电池装车量同比增长458.6%至4.5 GWh,三元电池装车量同比增长95.3%至5.2GWh。今年前5个月,我国动力电池装车量累计41.4GWh,同比增长223.9%。其中,三元锂电池装车量累计24.2GWh,同比上升151.7%,占总装车量58.5%;磷酸铁锂电池装车量累计17.1GWh,同比增长456.6%,占总装车量41.3%。不过,值得注意的是,磷酸铁锂电池目前在产量和装车量的增速上都远远超过三元锂电池。按照这样的速度,磷酸铁锂电池6月的装车量可能也超过三元锂电池。
主机厂纷纷“变心”。乘联会数据显示,今年1~5月,我国销量排在前五的新能源车型为五菱宏光MINI EV、特斯拉Model 3、特斯拉Model Y、比亚迪汉EV和广汽埃安Aion S。这五款车型中, 五菱宏光MINI EV、比亚迪汉EV均采用磷酸铁锂电池,特斯拉Model 3的基础版和广汽埃安Aion S的部分版本用的也是磷酸铁锂电池。这与新能源乘用车企业此前对三元锂电池趋之若鹜的情况有所不同。
今年1~5月,作为特斯拉、宝马、五菱宏光等众多车企电池供应商的宁德时代以20.3 GWh装车量遥遥领先,在我国动力电池装车量榜上位居首位,比亚迪以及LG化学分别以5.9GWh和和3.9GWh的装车量位居第二和第三 。 其中,宁德时代和比亚迪是采取磷酸铁锂和三元锂两条腿走路,而LG基本以三元锂为主。去年上半年,LG化学得益于成为特斯拉的三元锂电池供应商而超越宁德时代,夺走全球动力电池装车量的头把交椅。然而,今年以来情况有变,宁德时代又反超LG化学。
宁德时代从去年下半年开始向特斯拉供应磷酸铁锂电池,在一定程度上满足特斯拉不断降本、不断降低车型售价的诉求。随着磷酸铁锂电池技术提升以及成本优势凸显,小鹏、哪吒和零跑等造车新势力企业也逐渐在一些车型上采用磷酸铁锂电池。
不仅是钴,锂离子电池其它原材料自去年第四季以来也大幅涨价,如碳酸锂的价格几乎翻了一倍,氢氧化锂也上涨了50%左右。另外,六氟磷酸锂和部分溶剂和添加剂也都涨价,从而带动锂离子电池的正极材料和电解液两大原料价格均出现不同程度的上涨。近日,伊维经济研究院按照不同电池对正极材料用量,测算出磷酸铁锂正极材料上涨对磷酸铁锂电池影响较小,影响比例为3.77%,主流三元正极材料上涨对三元锂电池影响相对较高,影响比例超过10%。“我们测算得出三元电池对材料敏感性在30%左右,磷酸铁锂电池对材料的敏感性在14%左右。” 吴辉如是说。
据伊维经济研究院监测的数据,2017年,磷酸铁锂电池的价格为1750~1955元/KWh,而三元锂电池价格为1650~1850元/KWh。近年来,随着技术进步以及规模提升,两者价格皆快速下降。2020年,磷酸铁锂电池价格为531~639元/KWh,而三元锂电池价格为682~789元/KWh。目前,动力电池整体价格维持在530~700元/KWh,处于相对稳定的状态,主要原因在于动力电池厂商对主机厂的话语权较弱,但动力电池厂商压力非常大,不排除将来调整价格。动力电池占整车成本40%左右,而如果动力电池价格上涨,在补贴退坡背景下,主机厂的压力也将增大。
吴辉称,即使钴不涨价,磷酸铁锂在成本上也比三元锂电池更有优势,随着新能源 汽车 补贴大幅退坡甚至未来被取消,主机厂越来越看重电池的成本。
未来谁是王者
目前,动力电池的市场份额基本被磷酸铁锂和三元锂这两大技术路线的电池包揽,其余路线的动力电池则如同星星之火。
不过,磷酸铁锂电池和三元锂电池各自存在短板。三元锂电池虽然能量密度较高,动力特性好,但安全性差些。而磷酸铁锂性能稳定,安全性较好,不受制于稀有金属,成本更低,但能量密度较低,对低温的耐受度相对较差。近年来,搭载三元电池的特斯拉、蔚来、比亚迪等车企的电动车发生过自燃,现代 汽车 由于LG化学提供三元电池的车型发生起火事件在今年2月发起大规模召回。而搭载磷酸铁锂电池的特斯拉Model 3和比亚迪汉等车型则因冬天在北方城市出现电池续航衰减情况受到诟病。
动力电池的技术有待进一步突破,在材料、工艺、设计等方面要继续努力。未来,哪种技术路线将会胜出?
宁德时代和比亚迪的动力电池加起来占国内动力电池总装车量的一半以上。宁德时代在国内的福建、江苏、青海、四川、广东以及德国都设有动力电池生产基地。而比亚迪除了在重庆、深圳、西安、青海、长沙、贵阳设有电池生产工厂外,在巴西也拥有磷酸铁锂电池工厂。截至2021年第一季度,宁德时代在国内五大生产基地的规划产能是226GWh,而比亚迪的规划产能约有110GWh。采取磷酸铁锂和三元锂两条腿走路的宁德时代和比亚迪,接下来会将天平往哪条路线倾斜?这两大电池巨头对国内甚至国际的电池路线走势具有一定话语权。
比亚迪董事长王传福选择押注磷酸铁锂电池。在本月举行的2021重庆车展上,王传福在演讲中谈到, 汽车 行业处于变革的关键期,变革就要有创新的技术,要能解决市场的痛点。刀片电池解决了消费者最关心的安全痛点。比亚迪依靠刀片电池的一己之力扭转了动力电池产品结构,将磷酸铁锂从很艰难的情况下拉回到行业的正道。他强调,电池技术一定要考虑产品安全性和 社会 资源承受度。没有安全,新能源车全面普及就无从谈起。同时,动力电池如果大量使用镍、钴等稀有金属,那么当原材料无法稳定供应或未来燃油车全部被新能源车代替时,原材料的供需矛盾将不可避免。
为了攻克磷酸铁锂能量密度的短板,比亚迪在寻求突破,去年推出刀片电池的电池包的能量密度是140Wh/kg,未来将会在电芯层面从材料本身和设计方面进一步提升,预计到2025年有望大于180Wh/kg。
关于三元锂和磷酸铁锂两条技术路线的占比问题,宁德时代董事长曾毓群前不久在上海交大“问道通未来-新能源与新能源智能 汽车 企业家校友高端对话”上也谈到,他近期看好磷酸铁锂,磷酸铁锂电池的增长速度会非常快,因为它比较便宜。他称,随着充电桩越来越多,消费者的里程焦虑症会缓解,电动 汽车 的续航里程就不需要那么长,因此磷酸铁锂比例会逐渐增加,三元锂占比会减少,但有些高端车还是需要长续航的,因此高能量密度的三元锂的市场仍然存在。三元锂电池材料的供应链会有巨大变化。
不过,吴辉认为,磷酸铁锂电池虽然在短期内占有成本优势,但从能量密度等方面看,其始终有局限性,要达到200Wh/kg已非常难。而三元锂可以突破300Wh/kg以上,并且安全性也可以不断提升,此外,其未来的降价空间将可能大于磷酸铁锂电池。据伊维经济研究院的测算,2021年,1KWh磷酸铁锂电池和三元锂电池的平均价格分别是600元和700元,而到2030年,两者的价格将分别是320元和300元,他从长远来看依然看好三元锂电池。
目前,业内正逐渐兴起固态电池研发热潮。不过,按曾毓群判断,3~5年内,能做到车里的,都不是全固态电池。半固态电池或固态电池等电池在技术、成本等方面突破尚需要一定时间,但也有观点认为半固态电池或固态电池将可能成为未来的主流。动力电池领域日益多元化,战火正不断升级,未来谁是王者?这存在诸多变数。曾毓群提到,未来不见得是三元锂或磷酸铁锂,宁德时代有一些新东西,但是现在尚不便于对外讲。