三元材料与磷酸铁锂材料在HEV 电池应用优缺点
eeskill 2022-11-16

锂电池和磷酸铁锂电池各有千秋

磷酸铁锂单体典型电压3.2V, 锂离子3.7V

磷酸铁锂耐过充过放,短时过放到0都能恢复80%以上。锂离子过放到2.6V时就会产生不可逆损坏。

磷酸铁锂耐过充到100%都不会起火爆炸。锂离子超过4.35V就会析气鼓胀。

磷酸铁锂穿刺不起火不爆炸。锂离子会。(现在相对安全一点)

磷酸铁锂耐高温,200多度恢复后还能用。锂离子不行。

磷酸铁锂能大电流放电,10C20C以上都可以,锂离子只能3~5C放电

以上来说,磷酸铁锂是锂电池中最安全的。

但是,磷酸铁锂能量密度不如锂离子电池大。电压也相对低一些。由于它的大放电特性,主要用动力电源方面,如电动车,航模等。而锂离子容量大,主要用于民用消费领域。所以看要用在什么方面上 就选择的不同的电池

锂离子电池经过30年的发展,比能量、比功率等性能有较大的提高,已成功应用于汽车上。受电池比能量限制,纯电动汽车续航里程有限,是制约发展的瓶颈,国外汽车厂近期规划以开发混合动力汽车为主。目前应用于锂离子电池的正极材料主要有锰酸锂、磷酸铁锂、钴酸锂、三元材料等材料,目前使用的功率型电池正极主要选用磷酸铁锂和三元两种材料。

从图1 与表1 可得出,相同体积电池,正极使用三元材料比使用磷酸铁锂材料放电容量高19.4%,比能量高37.5%,放电比功率高39.7%。由于三元材料质量比容量、压实密度均高于磷酸铁锂材料,所以使用三元材料电池放电有较大优势。

从上图和上表可见,三元材料电池与磷酸铁锂材料电池在不大于10 C 充电时,恒流充电容量/ 总容量比例无明显差距,10 C 以上倍率充电时,磷酸铁锂电池恒流充电容量/ 总容量比例较小,充电倍率越大,恒流充电容量/ 总容量比例与三元材料电池差距越明显,这主要与磷酸铁锂在30%~80%SOC 是电压变化较小有关,如负极使用软碳或硬碳,磷酸铁锂电池大倍率充电性能够达到三元电池的水平。

图3 中三元材料电池循环3 900 次剩余容量66%,磷酸铁锂电池循环5 000 次剩余容量84%,循环寿命比三元材料电池,磷酸铁锂电池优势明显。按照剩余容量/ 初始容量=80%作为测试结束点,目前三元材料电池实验室1 C 循环寿命在2 500 次左右,磷酸铁锂电池实验室1 C 循环寿命在3 500 次以上,部分达到5 000 次以上。

不同温度电池的放电比较如图4 所示。在55 ℃条件下放电,三元材料电池与磷酸铁锂在常温下比较,放电容量都没有差别,-20 ℃条件下放电,三元材料电池放电容量/ 常温容量比例比磷酸铁锂电池高15%,如表3 所示。

本文通过制作相同结构的电池,得出三元材料与磷酸铁锂材料在HEV 电池应用优缺点,三元材料在电池比能量、比功率、大倍率充电、低温性能等方面有优势,循环性能方面则是磷酸铁锂材料优势明显,在安全方面磷酸铁锂电池也优于三元材料。在选用电池时可根据不同用途选择,如大巴车空间较大,对电池比能量和比功率要求相对较低,可选择磷酸铁锂材料电池,发挥其循环性能好的特性,轿车空间有限,电池用量小,则选用高比能量与高比功率三元材料电池更为合适。

目前磷酸铁锂电池能量密度已经基本达到理论的极致,而三元电池的能量密度还有很大的提升空间。综合能力密度、功率密度、循环寿命、低温性能等方面,三元电池的综合性能优于磷酸铁锂电池。

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