电动车开始普及后,也引入了很多新名词和新事物,比如电动车必备的电池,就分为三元锂和磷酸铁锂电池。除了这两种电池类型,准备购车的朋友应该还了解到,刀片电池、弹匣电池以及神盾电池等名词。
在这里需要给大家做个区分,尽管电池名称有很多种,但主流动力电池的电芯目前只有两种,就是磷酸铁锂和三元锂。至于刀片电池、弹匣电池以及神盾电池,这些都是为了达到某种性能,而对电池采取的不同封装形式。因此,购车过程中,我们只需要知道磷酸铁锂和三元锂电池的区别,就能够相对轻松,根据自己的需求做出判断。至于为中提及的三种封装形式,我们将会单独出一期文章或视频详细介绍。
磷酸铁锂和三元锂电池有一个共同的名字,叫锂电池,并且他们的负极材料都采用石墨组成,只是在正极材料上有所不同。
正极构成决定命名:
磷酸铁锂电池正如其名,正极材料由磷酸铁组成;三元锂电池也说明了自己的正极由三种材料组成,分别是镍、钴、锰酸锂或镍、钴、铝酸锂,但当前以镍、钴、锰酸锂为主。
所以两种电池之所以有不同特性,正是由他们的正极材料所决定。
正极晶格结构决定电池特性:
这两种不同的正极材料,在分子领域有不同的晶格结构,也正是两种不同的晶格结构,决定了磷酸铁锂和三元锂电池有不同的电池特性。
对锂电池来说,充放电过程,就是锂离子迁移的过程。放电过程中,锂离子从负极迁移到正极;充电过程中,锂离子从正极迁移到负极。在充放电过程中,单位时间内迁移的锂离子越多,充放电速度就越快。
在磷酸铁锂电池中,正极的磷酸铁锂材料晶体,呈三维空间网状橄榄石结构。这种分子结构的特点就是稳定,但其分子空间容量较小,且留给锂离子迁移的路径不够多,所以磷酸铁锂电池的能量密度就相对较低,且在放电过程中会比较缓慢。
不过稳定的分子结构也给磷酸铁锂电池带来了一些好处,就是热稳定性高,同时电池的循环使用寿命更长。
而这些由分子结构的特点,也就成了磷酸铁锂电池的特性。即稳定性高、使用寿命长,但其充放电速度较慢,且能量密度低,低温放电性能差。
三元锂电池的正极材料,镍、钴、锰酸锂,在分子领域是一种层状结构,这种结构能够容纳更多锂离子,同时锂离子也有更多途径脱出。他的分子结构决定了三元锂电池会拥有更快的充放电速度。
但因为三元材料的层状结构对锂离子固定的不够牢靠,所以每次充放电都有部分锂离子与电解液发生反应,久而久之,便会有部分锂离子在反应中被消耗,这个时候,电池容量也会随之下降。
因此,三元材料的层状晶格结构,决定了三元锂电池拥有充放电速度快、耐低温性能好、能量密度高的优点;但他同时也有热稳定性不高、循环使用寿命略低的缺点。
材料构成决定成本差异:
当我们了解完两款电池的优缺点,再来看看他们的成本。磷酸铁锂电池的正极材料相对容易获取,所以磷酸铁锂电池的生产成本很低;而三元锂电池中的钴,属于稀有金属,并且中国储量只占世界储量的1%,这就导致生产三元锂电池必须从国外进口钴矿,所以三元锂电池的价格也就水涨船高。
看到这里,很多朋友也许会联想到美国卡咱们芯片的事儿。万一国外不卖给咱们钴矿,那新能源车不就彻底停摆?这就不得不佩服国家层面的高瞻远瞩,从2011年开始,我国企业就开始在全球储量最大的刚果,对不同体量的钴矿生产企业进行收购,直到2016年,洛阳钼业直接拿下刚果最大钴矿企业。到2022年,刚果成规模的15家钴矿生产企业中,中国企业取得了12家钴矿开发经营权。
所以,能源安全方面,我们暂且不用担心。我们只需要知道,三元锂电池在成本上的确比磷酸铁锂电池更高就行。
正是因为两种电池生产成本有所不同,所以他们所搭载的车型也有所区别。在电动车刚起步的阶段,磷酸铁锂电池大多用在入门级纯电动车上,而更高级别的电动车,则会用上三元锂电池。
其实,当前在售Model 3,Model Y车型也是如此,其入门车型使用宁德时代的磷酸铁锂电池,但在中高配车型上则搭载了LG的三元锂电池。
蔚来部分入门车型也采用了三元锂和磷酸铁锂电池混搭,而中高配车型则统一采用三元锂电池。
那么,这些搭配方式是不是说明磷酸铁锂电池不好或级别更低?
其实并不能这么理解,只能说磷酸铁锂电池的特性,决定了他更适合用在入门车型身上。但比亚迪推出刀片电池后,磷酸铁锂电池的地位却被直线拉高,因为刀片封装形式在很大程度上,解决了磷酸铁锂电池单位体积能量密度低的问题,而其安全性高的优势,却是三元锂电池力所不能及的。
也正因为如此,特斯拉开始大量采购比亚迪电池,并配备在德国生产的Model Y车型身上。尽管没有明确说明采购的是不是刀片电池,但根据特斯拉对车辆续航以及性能的需求来看,很大概率就是刀片电池。
这个时候朋友们是不是看得有些迷糊,看了半天还是不知道该选磷酸铁锂还是三元锂电池?其实这两种电池,在经过企业电控系统以及不同封装形式的优化后,他们之间的差别的确没有我们想象的那么大。
如果要做选择,我们可以根据地域温度不同做出不同选择。南方朋友选择电车,这两种电池任意选择,因为南方并不存在过低温度,两种电池电芯在任何季节都具备正常活性,冬季续航打折并不会太厉害;如果是生活在中部地区的朋友,建议选择三元锂电池,因为他本身的低温性能更好;如果是生活在新疆,西藏、内蒙古或者东北地区的朋友,我们建议直接选择混动或燃油车辆,毕竟这些地方要么地广人稀找不见充电桩,要么冬天温度低到离谱,纯电车辆在这个时候并不能给朋友们提供应有的便利,所以还是选择混动或纯燃油车比较合适。