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谁才是未来三元锂与磷酸铁锂的较量

2019/08/15 来源:嘉定信息港

导读

2015年2月16日,科技部发布了《国家重点研发计划新能源汽车重点专项实施方案(征求意见稿)》,其中明确要求了2015年底轿车动力电池能量密

  2015年2月16日,科技部发布了《国家重点研发计划新能源汽车重点专项实施方案(征求意见稿)》,其中明确要求了2015年底轿车动力电池能量密度要达到200Wh/kg。一时间,让无数人将目光投向了三元材料。

  在当中,由于正负极容量的差异,正极材料往往是影响电池能量密度的瓶颈所在。因此,采用不同正极材料的锂离子电池之间,其特性也存在着或多或少的区别。常见的正极材料有四种,分别是片装的钴酸锂和镍酸锂;尖晶石结构的锰酸锂;橄榄石结构的磷酸铁锂;以及三元材料。

  那么到底什么是三元材料?顾名思义,三元材料,就是三种电极材料共融而成的复合电极材料。理论上兼具每种电极材料的特性和优势。目前常见的是NCA和NCM。

  NCA指的是镍钴铝酸锂()三元材料。它源自于镍酸锂()材料的发现。这种电池容量较高,相应的稳定性较差,此时,掺杂了一些铝,以稳定其结构。常见的分子式为()。严格意义上说,NCA可能并不属于三元材料,而改性的二元材料。Model S上使用的就是这种电池。

  NCM是目前主流的三元材料,也被认为是未来的发展趋势。NCM指的是镍钴锰酸锂()三元材料。通过调配镍、钴、锰三者的比例,得到不同的电极特性。

  目前国内的路线仍以磷酸铁锂为主。磷酸铁锂有较好的循环稳定性能,成本也比较低。其理论能量密度大概在160Wh/kg。目前,比亚迪的单体电池,能量密度已经达到了1 0Wh/kg。几乎到达了能量密度的天花板。当然研究工作者在对进一步提高磷酸铁的性能做着许多的工作。比如掺杂一元或者多元的离子之后,获得了更高的容量,1C放电比容量超过120mAh/g。但是要注意到提高比能量不一定能同比提高电池的能量密度,另外材料的稳定性、安全性、材料成本、加工工艺的复杂化等一些列的问题,也仍待解决。因此,这些振奋人心的实验室数据,要想变成产品参数,仍有相当长的一段路要走。

  锂酸铁锂的先天不足,使更多的企业开始注意三元材料。大部分磷酸铁锂的生产厂家,都开始关注三元材料的开发。其中一些(如天津力神、中航)已经开始批量的三元材料锂电池的生产。

  三元材料对比锂电池,到底有什么优势。从下表看看各种正极材料的能量密度参数。

  材料种类

  材料容量

  电压

  电池容量(石墨负极)

  改性锰酸锂

  110 mAh/g

  4.0 V

  140 Wh/kg

  磷酸铁锂

  155 mAh/g

  .4 V

  160 Wh/kg

  三元材料NCM

  160 mAh/g

  .8 V

  220 Wh/kg

  三元材料NCA

  200 mAh/g

  .8 V

  250 Wh/kg

  从表上看,三元材料的理论比容量和能量密度的理论值要比磷酸铁锂乐观得多。目前实际的产品参数又如何呢?美国JCS生产的NCA/C的45Ah电池,比能量密度在151mAh/kg,确实高于磷酸铁锂,但是离2015年的目标仍有不小的距离。同时,由于国内三元材料的起步较晚,与国外的技术水平有不小的差距。同时,规避知识产权壁垒也是要考虑的问题。

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