电动车使用的锂电池有三元锂电池和磷酸铁锂电池,两者在安全性上面有显著差距。例如,我们在刷短视频的时候,经常看见电动车起火爆燃后果非常严重,轻则车辆被烧毁重则引起较大的财产损失和人员伤亡。而所有的电动车火灾都指向锂电池,可以这样说选择一款安全性高的锂电池对于使用者的生命安全至关重要。
锂电池起火原因主要是短路造成的,而短路原因是由过度充电、过度放电、电池组进水,受到撞击、私自更改线路、电池质量问题、保护板出现故障,而以上这些都有可能造成电池短路,进而引发热失控,造成锂电池起火燃烧。一旦锂电池起火燃烧在几十秒内,会产生大量浓烟和有毒有害物质并伴随高温。
锂电池起火最可怕的就是在火试初期热失控反应剧烈,使用水、普通灭火剂、沙土根本没有办法将其扑灭。在短短一两分钟就有可能烧毁空间内的一切,上千度高温伴随着大量有毒有害气体,人如果吸入几口就有可能窒息昏迷,得不到及时救治,就有可能因缺氧窒息而亡,还有上千度的高温。可以说锂电池爆燃起火非常可怕、危害巨大。
因此,选择一款质量好、安全性高的锂电池,对于使用者来说是非常重要的。那么电动车在换电池或者买新车选择安装锂电池,到底是选择三元锂电池好还是磷酸铁锂电池好呢?通过详细数据对比分析告诉你最终答案,帮助大家做出正确的选择,以提高锂电池电动车的使用安全性,为我们的生命安全保驾护航。
三元锂电池
它是指正极使用镍钴锰酸锂或者镍钴铝酸锂的三元正极材料的锂电池。三元锂电池的正极材料是石墨,石墨具有良好的导电性和储锂性能。其工作原理是在充电时锂离子从电解液通过隔膜移动到石墨中嵌入,同时释放电子,从而产生电流。在放电时嵌入在石墨中的锂离子逆向移动到电解液中,电子通过外部电路回到正极,实现电池的放电。
三元锂电池的优点
1.能量密度高:三元锂电池的能量密度一般为180-230Wh/kg,是普通铅酸蓄电池的3~5倍,比磷酸铁锂电池的能量密度还高。能量密度高意味着可以储存更多的电能,确保车辆拥有更远的续航里程。因此,三元锂电池被广泛应用在高档电动汽车和电摩上。
2.输出功率大:三元锂电池不仅能量密度高,同时还支持大功率输出。例如电动汽车使用的三元锂电池,电动车从起步到破百,仅需要三四秒钟。输出功率大,可以满足高耗电设备的使用需求,比如电动汽车和电摩。
3.体积小、重量轻:相同容量的三元锂电池,重量是铅酸电池的1/3。举个例子,同样是60伏20安的电池,铅酸电池重量为35公斤,而三元锂电池重量仅为12公斤。三元锂电池对比磷酸铁锂电池同样具有体积小、重量轻的优势。
4.循环使用寿命长:普通铅酸蓄电池可充放电350次,使用寿命一年半;石墨烯电池可循环充放电600次,使用寿命约三年。三元锂电池可循环充放电1500次,具有更长的使用寿命。
三元锂电池的缺点
1.价格较高:制作三元锂电池的原料多为稀有材料,原料大多都进口,因此三元锂电池制作成本高,销售价格也高。例如使用三元锂电池的高档电动汽车,电池成本占据车辆制造成本的30%~40%,同样一组大容量的二轮电动车三元锂电池,需要五六千甚至上万元。
2.安全问题:在某些极端的情况下,三元锂电池会出现内部短路进而引发热失控,造成火灾。而内部短路有可能是过度充电、过度放电引起电池内部产生锂枝结晶,有可能会刺破隔膜,造成短路进而引发热失控。
3.高温稳定性欠佳:三元锂电池的理论工作温度为零下20度至60度,这是电池的安全工作温度。如果超过这个温度有可能引发电池热失控,进而起火爆燃。而磷酸铁锂电池工作范围温度宽,相比之下三元锂电池高温稳定性欠佳。
4.使用寿命受多种因素影响:电动汽车使用的三元锂电池,厂家宣称电池使用寿命长,但是在用户购买电动汽车后,厂家又宣称为了延长电池的使用寿命,建议每次充电的时候充电至90%的容量为好,电池电量剩余20%要及时充电。
这就导致原本宣称500里的续航,实际上只能达到350公里,电摩使用的三元锂电池也是一样的道理。因为,三元锂电池过度充放电,都有可能引发热失控,而为了提高三元锂电池的使用安全性和循环使用寿命,建议电池不要充满、不要过度放电,同时元锂电池的使用寿命还受到温度的影响。
5.环保问题:电动汽车报废的三元锂电池,在回收拆解过程中,如重金属钴镍、电解液有一定的毒性、如果处理不当会对水源和土壤造成污染。
磷酸铁锂电池
它是使用磷酸铁锂作为正极材料,碳作为负极材料的锂离子电池。其工作原理是充电过程中,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。
磷酸铁锂电池的优点
1.成本较低:制作磷酸铁锂电池的材料在地球上分布广泛,且储量非常丰富。再加上磷酸铁锂电池经过多年的市场发展,制作技术成熟,大批量生产又降低了电池的生产制造成本,因此,磷酸铁锂电池的销售价格比三元锂电池便宜。
2.安全性高:早期生产的磷酸铁锂电池,还原度掌握不好,产品一次性合格率差,存在短路起火爆燃的可能。现在比亚迪生产的磷酸铁锂电池,穿刺撞击都不会起火,因为随着技术的进步,磷酸铁锂的安全性也在提高,现在生产的磷酸铁锂电池安全性远高于三元锂电池。
3.耐高温性能好:当三元锂电池温度达到250度可能会引发热失控,而磷酸铁锂电池需要达到800度才有可能引发热失控,因此,磷酸铁锂电池耐高温性能更好。
4.使用寿命长:酸铁锂电池的循环寿命通常在2000次以上,知名品牌生产的磷酸铁锂电池宣称循环寿命可达3000次以上。例如,立马H53代远航版,使用的电池就是立马和比亚迪联合研发的磷酸铁锂电池,厂家宣称电池质保10年。
5.相对环保:磷酸铁锂电池不含重金属和有毒有害物质,报废回收拆解过程中对环境造成的影响较小,因此,相对环保。
磷酸铁锂电池的缺点
1.能量密度相对较低:磷酸铁锂电池的能量密度在100~160Wh/KG,比三元锂电池的180~230Wh要低很多,这意味着磷酸铁锂电池的续航要比三元锂电池差。
2.低温性能表现差:磷酸铁锂电池在零度以下表现较差,当气温降至零下10度,容量衰减至50~60%,气温降至零下20度容量衰减至45%。主要原因是电解液低温环境下电化学反应阻力增加,导致电池容量降低,充电时间变短,续航里程减少。同样,三元锂电池在低温环境下的表现和磷酸锂锂电池类似。
3.导电性能差:磷酸铁锂电池的导电性能差,主要原因是正极材料磷酸铁锂本身的电子导电性较差,这种材料在充放电过程中,锂离子的扩散速度慢,且容易产生极化,这会导致电池容量发挥降低。此外磷酸铁锂电池的负极在低温环境下,其SEI膜会增厚导致阻抗增大,进一步降低锂离子在SEI的传导速度,从而影响电池的充放电效率。在这两种因素的作用下,使得磷酸铁锂电池在低温环境下的导电性能进一步下降。
4.体积大分量重:三元锂电池和磷酸铝锂电池电池制造材料不同,体积和重量存在差异,一般同等容量的磷酸铁锂电池比三元锂电池重约20%,且磷酸铁锂电池个头也比三元锂电池要大些。
电动车更换锂电池到底是选三元锂电池,还是磷酸铁锂电池?
能量密度:三元锂电池能量密度180~230Wh/KG、磷酸铁锂电池100~160Wh/KG,如果你追求更高的能量密度和更远的续航里程,可以选择三元锂电池。
循环寿命:市面上的三元锂电池有的循环寿命1000次、有的2000次,取平均值1500次,磷酸铁锂电池最低循环寿命2000次。如果你追求电池更长的循环使用寿命,建议选择磷酸铁锂电池。
使用成本:价格便宜质量差的小品牌锂电池,存在安全隐患就不说了。以60伏20安知名品牌电池为例,三元锂电池价格2500左右,磷酸铁锂电池1500元左右,如果你关注性价比可以选择磷酸铁锂电池。
安全性:磷酸铁锂电池相对更安全,热稳定性较好,在一些极端情况下发生热失控的风险较低。三元锂电池在安全性方面相对弱一些,但通过合理的设计和管理也能保障一定的安全性。
通过上述对比分析,电动车更换锂电池,个人建议更倾向于安全性更高的磷酸铁锂电池,特别是大品牌生产的磷酸铁锂电池自然风险的概率极低,而三元锂电池的自燃概率则远高于磷酸铁铝电池。因此,从安全方面来考虑推荐使用磷酸铁锂电池。
总结:
通过上文的介绍,我们已经知道三元锂电池和磷酸铁铝电池的优缺点。使用电动车我们追求的是更高的安全性,因为一旦锂电池爆燃起火,热失控引发的火灾很难被扑灭。在密闭的空间内大火伴随高温会烧毁空间内的一切,有毒有害气体可能会造成在场人员窒息而亡,如果火势得不到控制往往后果非常严重。例如,2月23日南京雨花区明尚西苑发生的那场火灾,共造成15人遇难,44人受伤。
电动车使用锂电池的安全一定要引起我们的足够重视。在选用电池的时候,个人建议更倾向于大品牌生产的磷酸铁锂电池。在使用锂电池的时候要做到:避免过度充电、防止过度放电、避免高温低温充电、注意防水防潮、使用原装充电器充电、控制好充电时间、避免电池碰撞撞击、定期检查维护、不要私自改装。建议在使用锂电池电动车之前一定要充分仔细阅读电池使用说明书,进行安全操作,以提高锂电池的使用安全性。