汽車鋰電池正極材料性能PK：誰更勝一籌？

如果要用兩個字來評價目前的汽車動力鋰電池，評價就兩字：矯情!廢話不多說，直接開門見山下手的“扒衣見君”。目前汽車江湖里山頭最大的鋰電池幫派最主要有三個，依次為：磷酸鐵鋰電池、鈷酸鋰電池和三元材料電池。前者多流竄于天朝，后兩者則多流竄于島國和棒子國。幫派勢力的危險程度取決于單位體積的能量密度。(PS：江湖俗稱的鋰電池其實是鋰離子電池，根正苗紅的鋰電池其實是以金屬鋰為負極，不可二次充電的一種電池，由于危險性大，很少用于日常電子產(chǎn)品。)

為何說鋰電池矯情呢?

1、電池工作溫度比較苛刻

電池在使用過程中對溫度比較敏感，目前鋰電池的工作溫度范圍寬為-20℃～60℃。以國內(nèi)普及率最高的磷酸鐵鋰為例，零下溫度鋰電的充電會變得困難，而且充電之后，其0℃時的容量保持率約60～70%，-10℃時為40～55%，-20℃時為20～40%。而電池在環(huán)境溫度超過60°時，隨著電池工作的升溫，鋰電池有過熱燃燒、爆炸的風險。換句話說，電池溫控和電控比較差的鋰電池電動車，冬天去了東三省就成了“病貓”，夏天去了吐魯番就像背著“炸藥包”。在目前的一些電動車的電池功率銘牌上最大容量的標稱旁邊，會伴隨標注最佳充電溫度，此溫度一般為20~25°C之間。意思即為，在次充電溫度下，電池才能在最短的時間里達到最大的容量。

目前汽車廠家在電池溫度的控制上，都輔助有冷卻系統(tǒng)，根據(jù)對電池溫度的監(jiān)控來決定是否開啟冷卻系統(tǒng)。而當放電環(huán)境惡劣，冷卻系統(tǒng)無法有效解決電池溫度過高的時候，電控系統(tǒng)里的保護電路就會通過溫度傳感器采集來的閥值決定是否關閉電路，來防止因為高溫而帶來的安全隱患發(fā)生。廠家一般會采取兩個閥值信號，一個是報警溫度，提醒駕駛者電池溫度過高，盡量降低電池負荷。另一個是臨界溫度，系統(tǒng)強制切斷保護。(一般廠家的高溫報警設置溫度為45°C，達到 58°C 就會斷開開關)。同時，為了解決低溫充電難和容量低的問題，多數(shù)廠家采用的是樹脂材料包裹保溫的策略。

而關于耐高溫。目前磷酸鐵鋰電熱峰值可達350℃~500℃，相對安全性要好，而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200℃左右。所以目前占有市場份額最大的鈷酸鋰(特斯拉使用的18650鋰電池)，在安全性方面的隱患一直被詬病。

2、忌過沖和過放

江湖中不管是混的有頭有臉，還是沒頭沒臉的鋰離子電池都非常害怕過充和過放。過充電時，過量嵌入的鋰離子會永久固定于晶格中，無法再釋放，可導致電池壽命短。過放電時，會導致鋰離子的電化學反應不可逆，脫嵌過多鋰離子，可導致晶格坍塌，一旦放電電壓低于2.7V，將可能導致電池報廢。同時鋰離子電池對充電的要求也很高，它要求精密的充電電路以保證充電的安全。終止充電電壓精度允差為額定值的±1%(例如，充4.2V的鋰離子電池，其允差為±0.042V)，過壓充電會造成鋰離子電池永久性損壞。

鋰離子電池如果充電時間過長，發(fā)生的爆炸的可能性也會加大。因為鋰的化學性質(zhì)非?；顫?，很容易燃燒，當電池充放電時，電池內(nèi)部持續(xù)升溫，活化過程中所產(chǎn)生的氣體膨脹，使電池內(nèi)壓加大。壓力達到一定程度，如外殼有傷痕，即會破裂，引起漏液、起火，甚至爆炸。

目前未來防止鋰電池的過沖過放帶來的安全問題，大部分廠家采取了多重的保護機制。一種是軟件的防護，通過電控系統(tǒng)里增加保護電路，檢測電池組的最高、最低單體電壓、總電壓、溫度等的閥值。沒有超出這些保護閥值時，通過計算電量SOC來上報輸出能力，超過則切斷輸出來防止過充、過放、過載、過熱(至于是切斷電池單體、一個并聯(lián)組還是整個電池，取決于布置的控制傳感器的多少，越多電池越大，成本也越高，大部分廠家傾向于整體切斷，整體切斷存在一定的隱患，會讓電動汽車突然的失速)。一種是物理的防護，通過在電池殼體增加防暴孔、防爆線，在電池正負極之間增加隔膜(隔膜目前基本依賴進口或者外資在中國的工廠生產(chǎn))來防止高溫產(chǎn)生的爆炸風險。排氣孔、隔膜一旦激活，電池將永久失效。

3、電池存在一致性問題影響整體性能

由于動力電池是由多個單體電池串并聯(lián)組成的電池組，單體電池的短路或者過放電等都會影響整體電池的輸出。所以電池具有木桶效應，循環(huán)壽命和整體性能很難達到理論值。只有在電池性能高度一致時，壽命發(fā)揮才能接近單體電池的水平。而在現(xiàn)有的條件下，由于原材料工藝復雜難以把握、工藝制作及流程的控制不夠精細、加工設備自動化程度不夠高等原因，制作出來的電池一致性不佳，進而影響到電池的使用性能和整體壽命。

這三點是目前鋰離子電池的共性問題，所以鋰離子電池就像個矯情的小公舉，使起性子來就得“大保健”伺候著。但是不同的鋰離子電池中也存在差異性。我們通過一張表格來對比一下：

從表中我們可以看出，目前的鋰離子電池在某些方面都存在明顯的短板。而鈷酸鋰因為其較高的能量密度和較小的電池體積，在商用動力電池領域占有較高的份額。但是其較高的價格和不耐高溫的安全性問題則一直被詬病。磷酸鐵鋰雖然循環(huán)次數(shù)高，價格相對較低，比能容也已經(jīng)接近了鈷酸鋰的水平，但是因為它振實密度較低，電池尺寸較大，耐低溫性能差，而且電池一致性較差(生產(chǎn)自動化程度低、實際會影響比能容和循環(huán)壽命)，所以一直不能較好的運用到小型乘用車上。對于尺寸和重量較為敏感的小型乘用車來說，鈷酸鋰和三元鋰依然是目前的首選。

說兩點題外的東西。啥意思呢?看完大家可以自行思考：

鋰例子電池的核心知識產(chǎn)權(quán)國際專利大多數(shù)都是美國、加拿大和日本的，專利情況如下：磷酸鋰鐵技術(shù)的核心專利由美國的A123(A123破產(chǎn)后被中國萬向收購)、Valence和加拿大的Phostech籠斷了技術(shù)市場; 三元鋰電池專利則有一家美國的公司籠斷了世界技術(shù)市場。

關于電動車續(xù)航里程問題，目前國內(nèi)市面在售自主品牌電動車的最大續(xù)航里程，很多都是標稱等速60km/h的工況下測定的，實際綜合續(xù)航里程要大打折扣。即便標稱的綜合里程，也是在NEDC的四城市路譜工況下測定的，而由于滾阻系數(shù)又可調(diào)，所以你懂的····