新能源汽车都用的三元锂离子电池到底是什么?

汽车后的朦胧


目前市场上新能源汽车使用的电池主要有磷酸铁锂电池,三元锂电池,镍铬电池,钛铬电池等,其中三元锂电池应用最多,以特斯拉,蔚来为代表的大多数新能源车都是使用三元锂电池,以比亚迪为代表的少数使用磷酸铁锂电池。




我们通常所说的磷酸铁锂和三元锂都是指电池的正极材料,三元锂就是镍、钴、锂三种金属矿物质按照不同比例混合而成的金属材料。以这种金属混合物作为电池正极材料制作成单节三伏的电池就叫三元锂电池,特斯拉采用的就是18650型三元锂电池。将几百个这些单节三伏的小电池串联起来就变成动力电池组,为新能源汽车提供动力。



那么为什么这么多车子采用三元锂电池呢?是因为三元锂电池的能量密度可控范围大,只要调整钴的比例就可以获得不同的能量密度。所谓的能量密度就是每公斤的电池材料所具备的能量,单位是Wh/Kg,据研究三元锂电池的能量密度极限是300,特斯拉目前可以达到260。而磷酸铁锂的能量密度极限在170。同样重量的电池,能量密度大意味着续航里程就长,续航里程是新能源汽车的重要指标也是国家的补贴方向,所以很多厂家使用三元锂电池。



三元锂电池也是有缺点的,就是安全问题,三元锂电池的热失控范围大概在200℃,而磷酸铁锂电池的热失控范围是在400℃,是三元锂的两倍,所以磷酸铁锂电池在安全性方面又略胜一筹。



这两年,随着新能源汽车保有量的增加,电池自燃事件时有曝光,将新能源汽车的安全问题推到了风口浪尖,特斯拉、蔚来都因为此事承受巨大的舆论压力,也承担了很大损失。国家和消费者开始越来越重视安全问题了,19年的磷酸铁锂电池装车量开始上升,据工信部最新一期公告显示,即将上市的新车上有超过60%的车型装配磷酸铁锂电池。



磷酸铁锂电池重回主流市场还是得益于电池技术的高速发展,新材料和纳米技术的应用,大幅度提高电池的能量密度,加上电池管理技术的提高中国的新能源汽车续航里程正以每年10%的速度提升。



今年7月份左右比亚迪和宁德时代同时宣布进入日本市场,这是个发展里程碑。因为中国一直是电池大国,但不是电池强国,高端电池技术一直掌握在日本和韩国人手里,进驻日本就意味着中国可以参与国际竞争,在国际化石储能领域创造辉煌。


汽车之之家


许多有意向购买新能源汽车的准车主们,常常会听到三元锂离子电池这个名词,目前许多新能源知名品牌如特斯拉、比亚迪,都选择了这一类型的电池作为主力产品,甚至将这一电池类型作为卖点展开营销,被一些车迷们昵称为“三元里”(广州地名)。

事实上,三元锂离子电池全称为“正极材料使用镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂等三元聚合物的锂离子二次电池”,当中的“三元”指的是三种元素:镍、钴、锰(或铝),这三种元素的聚合物,是三元锂离子电池的正极材料,负极材料为石墨(碳元素的同素异形体),而锂元素则是来自于电池的电解液:六氟磷酸锂。

因为对于锂离子电池来说,正极材料的聚合物成分,对其能量密度有着根本性影响,所以对于锂离子电池的命名来说,通常也采用这一最关键的变量因素用来命名,比如我们现在讨论的三元锂离子电池,以及过去常见、目前技术已经落后的磷酸铁锂离子电池。

当然了,三元锂离子电池之所以能够将磷酸铁锂离子电池淘汰,并不是因为“三元里”这个戏谑的外号,而是因为其正极聚合材料的主要元素镍钴锰为锂离子电池实现了巨大的性能突破。

镍元素作为副族当中活性力突出的金属元素,用在三元锂离子电池的正极材料中,就是为了改善电池的能量密度,从而实现更长的续航能力。然而,如果镍元素含量过高,那么镍离子就会产生镍氢混排现象,导致锂离子活力下降,最终也无法提升容量,所以找到镍元素配比的临界点非常关键。

同样作为副族当中的活性金属元素,钴元素的作用在于遏制阳离子出现混排现象,从而能够有效改善电池的安全性能、能量输出稳定性以及电池耐用性。不仅如此,电池充电盒放电效率也取决于钴元素。需要注意的是,钴元素配比过高,也会导致电池容量下降。

而锰元素与铝元素的作用,则主要是在进一步确保电池安全性能的同时,减少三元锂离子电池的生产成本,因为镍元素与钴元素都属于价格高昂的金属材料。

因此,对于三元锂离子电池来说,镍元素、钴元素、锰元素或是铝元素,都是不可或缺的重要材料,少了其中一种成分的聚合物,都很难稳定地发挥作为正极材料的功能。不过,按照实际使用需要,对镍元素、钴元素、锰元素或是铝元素材料的配比进行调整、调校锂离子电池的性能偏还是有必要的。镍元素与钴元素是三元锂离子电池中影响能量密度的材料,要提高电池续航能力就在配比中提高使用比例;但要是考虑到成本因素,就需要提高锰或铝材料的使用比例。

作为目前国内外新能源汽车的主流电池方案,三元锂离子电池相比磷酸铁锂离子电池,有着更大的瓦时、更高的电压,所以同体积下有着更大的电池容量,能够为新能源汽车提供更长的续航距离与更快的峰值速度。

同时,由于三元素聚合构成的正极材料在充放电、同温度下电力输出方面有着较强优势,所以三元锂离子电池的循环性能优势也非常明显,有着十分可观的性能潜力。另外,近年来各企业针对三元锂离子电池开发的电池管理系统也越来越成熟,所以特斯拉、比亚迪、北汽等车企,才逐渐开始将三元锂离子电池作为主方案开发新能源车型。

总而言之,三元锂离子电池,就是一种跑得更快、跑得更远、安全性更高的新能源汽车电池方案。


科技Online123


用简单的话说,就是手机电池。但是单个电池电压低,新能源汽车用pack把很多块电池串联起来,电压就够了,加上热管理系统构成。

三元聚合物锂电池是指正极材料使用镍钴锰酸锂(Li(NiCoMn)O2)或者镍钴铝酸锂的三元正极材料的锂电池,三元复合正极材料是以镍盐、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,但是电压太低,用在手机上(手机截止电压一般在3.0V左右)会有明显的容量不足的感觉。



85后工程师


我分享一下我的看法。


目前市场在售的新能源汽车动力电池都是采用锂离子电池,其中锂离子电池可以分为磷酸铁锂电池和三元锂电池两种,三元锂电池又被为“三元聚合物锂电池”,指的是镍钴锰酸锂或者镍钴铝酸锂作为正极材料的锂电池。由于三元锂电池体积更小、能力密度更高,目前正广泛应用于新能源汽车上,比如我们熟知的特斯拉,旗下所有车型都是采用了松下的三元锂电池。



优点一,能量密度高。三元锂电池的能量密度已经达到了232Wh/kg,后续将会进一步提高至293Wh/kg。而相比之下,目前国内主流的磷酸铁锂电池能量密度也仅达到150Wh/kg左右,据国内电池行业专家剖析,未来几年之内,磷酸铁锂电池的能量密度能够达到300Wh/kg的希望非常渺茫。


优点二,低温性能更好。在零下20℃时,三元锂电池与磷酸铁锂电池相比有比较明显的优势。


优点三,充电效率更好。三元锂电池在充电效率方面较磷酸铁锂电池有着非常大的优势。

但是三元锂电池某些性能不够稳定,特别是高功率密度下耐高温的能力与磷酸铁锂电池还有一定差距。

没有十全十美的电池。希望能帮到你。


行之御风


就是电池!


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