电池发展到现阶段,已经满足了人们日益增高的需求,朝着更轻更薄能量密度更高的方向发展。电池绝不是一个新鲜的概念,它目前已经有200年的发展历史,1799年,伏特就无意间发现了电流,制成了世界上第一个电池“伏特电堆”,实际上就是串联的电池组。

三元锂电池和磷酸铁锂续航能力(磷酸铁锂OR三元锂)(1)

1800年制成的第一个电池

19世纪中期,法国的雷克兰士发明了碳锌电池,“干”性的电池出现了。到1887年,英国人赫勒森发明了最早的干电池。相对于液体电池而言,干电池的电解液为糊状,不会溢漏,便于携带,因此获得了广泛应用。1890年,爱迪生发明可充电的铁镍电池,1910年可充电的铁镍电池商业化生产。充电电池的种类越来越丰富,形式也越来越多样,从最早的铅蓄电池,铅晶蓄电池,到铁镍蓄电池以及银锌蓄电池,发展到铅酸蓄电池、太阳能电池以及锂电池等等。

三元锂电池和磷酸铁锂续航能力(磷酸铁锂OR三元锂)(2)

《巴黎协议》关于绿色低碳转型的决议

纵观电池的发展史,不难发现,很多科学家就是围绕着各种金属是否能够发电,哪一种电池使用起来电量更持久,更方便。随着人们对电池的领域运用得越来越广,需求越来越高,电池也出现了众多品类。随着国家对“双碳”目标的推行,电池应用要求更高,在考虑到续航能力的同时,需要兼顾考虑到绿色环保,环保这一主题是《巴黎协定》制定的长期目标,将全球平均气温上升幅度控制在2℃以内,碳排放达峰的本质是实现绿色低碳转型。

要发展也要绿色环保,跟随这一理念,对锂离子电池提出更高要求。目前,锂离子电池的优势十分明显:工作电压高、体积小、质量轻、能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长,成为最适用于电动汽车的电池之一。锂离子电池因其优势明显,无污染更符合国家对绿色低碳的要求。自1966年通用生产的第一台电动汽车EV1问世,到后来特斯拉使用roster改版电池能续航长达1000KM,人们对电动汽车的追求从未停止,目前,锂电池已经成功并大量运用于电动汽车领域。磷酸铁锂电池因其稳定性好,安全性能高,容量大,无记忆效应,环境友好等优点,被广泛应用到大型电动车辆、中型电动车辆、电动工具、遥控车以及储能设备等。锂离子电池通过锂离子在正负极之间跑来跑去来充电和放电。这个领域最牛的技术是“层叠电池结构”,也就是把好多个电池做成很薄的层然后叠在一起,这样可以用很小的体积达到很高的效率。

三元锂电池和磷酸铁锂续航能力(磷酸铁锂OR三元锂)(3)

如今,锂电池被广泛应用到电动汽车中,作为电动汽车的三大件之一,是整个系统的动力来源,一直以来被视为电动车发展的重要标志性技术,占到了整车成本的百分之三十左右。而其性能的好坏也直接关系到车辆续航里程的长短。除了锂电池,在动力续航储能领域中还有其他电池,也起到了重要的作用有着重要的地位。

电池可分为化学电池、物理电池和生物电池三大类,其中在电动汽车中,应用最广泛的是化学电池。化学电池是指能将化学能转变为电能的装置。主要部分包括电解质溶液以及浸入溶液的正负两个电极。使用时,将导线连接两个电极,即有电流通过(放电),因而获得电能。化学电池又可分成蓄电池及燃料电池两大类别。目前,市面上的车型大都采用蓄电池对车辆进行驱动,如蔚来ES8、特斯拉MODEL 3等等。在技术发展的过程中,车企曾经采用了不同种类的蓄电池,但出于对成本,技术的考虑。目前绝大多数蓄电池已经被市场所淘汰,如铅酸蓄电池、锰酸锂电池等等。现在市场上主流的蓄电池主要以锂离子电池为主,少数车企用的是镍氢电池,比如丰田。

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特斯拉model3

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理想ES8

锂离子电池中应用最为广泛的两种电池

也属于化学电池,是蓄电池的一种,锂离子电池的发展虽只有40年历史,但凭借其能量密度高,循环用用寿命次数的优势成为了目前电动车上最常用的电池之一。然而,在锂离子电池中,三元锂和磷酸铁锂在一段时间内都各自称霸过一段时间,两者存在着显著的差异。

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三元锂和磷酸锂的比较

磷酸铁锂电池概念以及应用优劣势

目前采用磷酸铁锂电池的车型越来越多,随着特斯拉与宁德时代预定45GWh磷酸铁锂电池,奔驰宣布使用磷酸铁锂电池,造车企业巨头都使用磷酸铁锂电池,说明资本对磷酸铁锂的青睐。其热稳定性是目前车用锂电池中最好的,只有处于 500-600℃高温时,其内部化学成分才开始分解,而且由于磷酸铁锂的数量相对于锂电池较少,但由于磷酸铁锂电池的电池能量密度为100-110Wh/kg,相比于三元锂电池,它的电池能量密度要稍差一些,但仍然不影响其在电动汽车领域的运用。

三元锂电池和磷酸铁锂续航能力(磷酸铁锂OR三元锂)(7)

磷酸铁锂和三元锂的装车量及产量

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磷酸铁锂和三元锂的装车量及产量

三元锂电池的市场以及应用

与磷酸铁锂电池相比,主打高能量密度、高性能的三元电池,当前的市场占有率以肉眼可见的速度节节败退。由之前市场份额百分之七十缩水到现在的百分之四十。但是,电动汽车市场是多样化的,不同车企的技术路线和产品开发策略也不尽相同,用户对于续航里程的需求和使用环境更是千差万别。因此,磷酸铁锂和三元锂电池仍有各自不同的市场。至少到2025年,磷酸铁锂和三元锂仍将是动力电池两条主要的技术路线,但使用场景和适用车型会有区别。在车企的产品组合中,续航里程更长的中高端车型将会更多搭载三元锂电池。主要是因为三元锂电池的能量密度较高,为200Wh/kg,也就是说在同样质量的情况下,三元锂电池的续航里程要比采用磷酸铁锂电池的车型更长。但三元锂电池的缺点就是稳定性较差,当自身温度为250-350℃时,内部成分就开始分解,而且同样电池能量的条件下,三元锂电池的单体数量要远大于磷酸铁锂电池,这也对它的BMS电池管理系统提出了更高的要求。

从电池技术本身发展趋势来看,从磷酸铁锂到三元锂、再到半固态/固态、锂硫、锂空气、锂金属电池等不断演进的技术路线仍是电池行业未来发展的方向。无论是磷酸铁锂电池还是三元锂电池,在未来电动车领域都发挥着重要的作用,作为动力和储能,不仅有锂电池,最近研发出来的钠离子电池,更适合搭载在两轮电动车和储能领域。锂离子电池也并非是行业中的天花板,有最新新闻报道称,即将量产的锂金属电池较当前市场上最好的锂离子电池,能量密度提升40% ,未来的锂金属电池支持电动汽车续航达到1200km ,未来,在动力电池领域会有更多精彩产品。

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