目前多數乘用純電動車的電池都摒棄了磷酸鐵鋰這種正極材料,轉而使用三元鋰材料,最主要的原因是因為對電池性能的更高要求,也就是對續航里程的更高要求。

為啥電池有效成分是"鋰" 不同配方正極材料的目的是什么?

化學電池發展到如今已經有兩百多年的歷史,鋰電池已經成為了主流,大家可能會比較奇怪,元素周期表上一百多號元素,干嘛非得選擇“鋰”這個“小字輩”呢?

■鋰離子電池的工作原理 

新能源汽車鋰離子電池是一種可反復充電電池,它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來產生電流。鋰離子電池正極材料有很多,它們都以嵌入的鋰化合物形式存在,目前車用動力電池的正極材料有磷酸鐵鋰、三元鋰(分為鎳鈷錳體系和鎳鈷鋁體系)等等,負極材料目前主流是石墨。

鋰離子電池放電時鋰離子在正極嵌入,充電時鋰離子在正極脫嵌,鋰離子在充放電時通過電解液和隔膜在正負極之間移動。

這就好比是城市中,行駛于A點和B點的物流車,它們來來往往的不停穿梭給這個城市帶來了“電流”,而鋰元素就是其中效率最高,帶貨能力最強的那輛物流車。

■為什么鋰元素成為充電電池的材料?

鋰應用前,人類一直在尋找合適的電池材料作為儲存電能的裝置,人們先后嘗試過多種電池材料如銅、鐵、鋅、鉛、汞、鎂等等,電池的改進方向主要以提升容量和放電性能等指標為主,最終選擇了鋰作為最新一代充電電池的材料。

為啥電池有效成分是“鋰”而不是金銀銅鐵錫?

從元素周期表上很清楚能看到,鋰元素是第三號元素,也是排在最靠前的金屬元素。

鋰本身是6個原子質量單位,每一個鋰攜帶著1個電荷;

相比于早期電池應用較廣泛的鋅,它的原子質量是66,每一個鋅攜帶著2個電荷,很顯然,用鋰作為電池材料能帶來明顯更高的能量密度。也就是說,鋰作為電池材料的比容量更高。

此外鋰離子電池還有無記憶效應、可高倍率充放電、自放電率小、能量轉換率高等優點。

從地球上向太空站運送補給,雖然輕型火箭裝載的少,但多發射多幾次,也要比重型火箭的成本要低,鋰元素就好比這枚效率更高的輕型火箭。

■三元鋰電池為什么取代磷酸鐵鋰成為主流?

目前多數乘用純電動車的電池都摒棄了磷酸鐵鋰這種正極材料,轉而使用三元鋰材料,最主要的原因是因為對電池性能的更高要求,也就是對續航里程的更高要求。

打個比方來說,同樣的成本摩托車可以跑的比汽車快得多,不過兩個輪子的肉包鐵安全性會差一些,這很像磷酸鐵鋰和三元鋰電池之間的性格差異。

磷酸鐵鋰和三元鋰之間的優缺點很明顯,磷酸鐵鋰缺點是能力密度低但是安全性更好,三元鋰電池能量密度明顯高但是安全性相對一般,為了追求更高的續航表現,三元鋰成為了目前的主流。

為啥電池有效成分是"鋰" 不同配方正極材料的目的是什么?

正是因為能量密度的原因,讓磷酸鐵鋰逐漸被“三元鋰”電池取代,原因如下:

三元鋰電池能量密度明顯高,最直接的好處是能讓續航里程增加;

2018年及以前補貼政策直接鼓勵了高能量密度電池;

三元鋰電池新正極材料配方能量密度的潛力更大,比如NCM811(鎳鈷錳比例為8:1:1)。

■為什么叫“三元鋰電池”?不同配方正極材料的目的是什么?

“三元鋰電池”這個稱謂,其實來源很簡單

鋰離子電池使用一個嵌入的鋰化合物作為一個正極材料,為了提升電池性能,人們嘗試用不同的材料組合來提升電池表現,目前發現“鎳鈷錳(NCM)”和“鎳鈷鋁(NCA)”兩種體系的正極材料性能更好,因為這兩類正極材料有效成分為三種,所以稱之為“三元鋰”電池。

特斯拉等品牌部分車型采用的是鎳鈷鋁(NCA)體系,其他多數純電動車型使用鎳鈷錳(NCM)體系電池,根據不同配方分為NCM523、NCM111、NCM811等,后面的數字代表的是三種元素之間的配比。

每一種元素的多與少,都會直接影響電池性能,目前企業研發的主要精力是在配方上,好比每家燉肉的調料都差不多但是味道不同一樣,不同企業的同配方電池性能也會有差異。

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