锂电池的分类及优缺点.docx

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1、锂电池的分类及优缺点目录1 .两大类锂电池12 .常用的四类动力锂电池22.1.磷酸铁锂锂电池：22.2.三元锂（三元聚合物锂电池）：22.3.镒酸锂电池：32 .4.钻酸锂电池：43.磷酸铁锂电池的优越性53. 1.安全53. 2.高倍率放电寿命53 .3.温度适应性64 .能量密度75 .成本75.1.概述75.2.锂离子电池成本组成85.2.1,材料成本85.2.2.生产成本85.2.3.管理费用85.3.降低锂离子电池成本的途径和挑战85.3.1.优化生产工艺85.3.2.提高材料利用率85.3.3.降低生产设备成本95.4.锂离子电池未来发展方向95.5.小结91 .两大类锂电池锂电

2、池通常分两大类：锂金属电池：锂金属电池一般是使用二氧化镒为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂离子电池：锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。虽然锂金属电池的能量密度高，理论上能达到3860瓦/公斤。但是由于其性质不够稳定而且不能充电，所以无法作为反复使用的动力电池。而锂离子电池由于具有反复充电的能力，被作为主要的动力电池发展。但因为其配合不同的元素，组成的正极材料在各方面性能差异很大，导致业内对正极材料路线的纷争加大。2 .常用的四类动力锂电池通常我们说得最多的动力电池主要有磷酸铁锂电池、锦酸锂电池、钻酸锂电池以

3、及三元锂电池（三元银钻镒）。以上各类电池都有优缺点，大致归纳为：2.1. 磷酸铁锂锂电池：磷酸铁锂电池，是一种使用磷酸铁锂（1iFeP04）作为正极材料，碳作为负极材料的锂离子电池，单体额定电压为3.2V,充电截止电压为3.6V3.65V。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。磷酸铁锂电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、安全性能好、自放电率小、无记忆效应的优点。优点：寿命长、充放电倍率大、安

4、全性好、高温性好、元素无害、成本低。缺点：能量密度低、振实密度低（体积密度）。2.2.三元锂（三元聚合物锂电池）：三元聚合物锂电池，是指正极材料使用锲钻锌酸锂（1i（NiCOMn）02）或者银钻铝酸锂的三元正极材料的锂电池，三元复合正极材料是以锲盐、钻盐、锦盐为原料，里面银钻镒的比例可以根据实际需要调整，三元材料做正极的电池相对于钻酸锂电池安全性高，但是电压太低，用在手机上（手机截止电压一般在3.0V左右）会有明显的容量不足的感觉。锂离子电池是用锂作负极活性物质的化学电池。锂的标准电极电位最负，在金属中比重最轻，反应活泼性最高，因而锂电池的电动势和比能量很高，是一种重要的高能电池。锂电池的正极

5、活性物质有氧化物、硫化物、卤化物、卤素、含氧酸盐等无机电极材料，如二氧化镒、二氧化硫、硫化铜、铭酸银、聚氟化碳、亚硫酰氯、碘等；也可以电子导电聚合物作正极材料，如聚乙快、聚此咯、聚嘎吩、聚咔哇等，又称为聚合物电池。锂电池的电解质为非水溶液、固体和熔融盐。非水溶液电解质由有机溶剂或非水无机溶剂加入无机盐组成，采用的有机溶剂主要有碳酸丙烯酯、二甲基丙酰胺、乙懵、丁内酯等；非水无机溶剂有亚硫酰氯、液体二氧化硫等。无机盐有高氯酸锂、氯化铝锂、氟硼酸锂、澳化锂等。因锂和水接触立即发生激烈反应，所以不仅电解质不能采用水溶液，而且全部材料和零部件均需严格脱水，并可靠密封。锂离子电池作为一种集高能量密度和高电

6、压为一体的储能装置，已广泛应用于移动和无线电子设备、电动工具、混合动力和电动交通工具等领域。三元聚合物锂电池是指正极材料使用锂银钻锌或者银钻铝酸锂的三元正极材料的锂电池，锂离子电池的正极材料有很多种，主要有钻酸锂、锦酸锂、银酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。其中磷酸铁锂作为正极材料的电池充放电循环寿命长，但其缺点是能量密度、高低温性能、充放电倍率特性均存在较大差距，且生产成本较高，磷酸铁锂电池技术和应用已经遇到发展的瓶颈；锦酸锂电池能量密度低、高温下的循环稳定性和存储性能较差，因而锦酸锂仅作为国际第1代动力锂电的正极材料；而多元材料因具有综合性能和成本的双重优势日益被行业所关注和认同，逐步超越磷酸铁

7、锂和镒酸锂成为主流的技术路线。三元材料的电芯代替了广泛使用的钻酸锂电芯，在笔记本电池领域广泛使用。优点：能量密度高、振实密度高。缺点：安全性差、耐高温性差、寿命差、大功率放电差、元素有毒（三元锂电池大功率充放电后温度急剧升高，高温后释放氧气极容易燃烧）。2. 3.镒酸锂电池：锦酸锂电池是指正极使用锌酸锂材料的电池，锦酸锂电池其标称电压在2.54.2V,镒酸锂电池以成本低，安全性好而被广泛使用。输出电压范围：2.54.2v标称容量：7500mAh标准持续放电电流：0.2C最大持续放电电流：IC工作温度：充电：O45放电：2060C引线型号：国标线U13302/26#,线长50mm白色线为IOKN

8、TC保护板参数：（各参数可根据客户产品设置）过充保护电压/每串4.280.025V过放保护电压2.40.1V过流值：24A优点：振实密度高、成本低。缺点：耐高温性差，锦酸锂长时间使用后温度急剧升高，电池寿命衰减严重（比如日产电动车1EAF）。2. 4.钻酸锂电池：钻酸锂电池结构稳定、容量比高、综合性能突出、但是其安全性差、成本非常高，主要用于中小型号电芯，广泛应用于笔记本电脑、手机、MP3/4等小型电子设备中，标称电压3.7V。标准放电持续电流：0.2C最大放电持续电流：0.5C工作温度：充电：045放电：-2060C产品尺寸：MAX15*29*51mm成品内阻：180m引线型号：国标线U11

9、571/26#,线长IOOmm保护参数：过充保护电压/每串4.280.025V过放保护电压240.1V过流值：37A通常用于3C产品，安全性极差，不适合做动力电池。理论上，我们需要的电池应该是能量密度高、体积密度高、安全性好、耐高温低温、循环寿命长、无毒无害、可大功率充放电，聚所有优点为一体而且低成本。但目前并不存在这样的电池，那么在不同种类电池的优缺点中就需要取舍。而且，不同的电动车对电池的需求点也是不同的，因此只有立足于长远地对电动汽车作出判断，才能有利于我们正确地判断电池路线的选择。3.磷酸铁锂电池的优越性这里就需要回溯前两篇的论述，我们分析了未来的电动汽车应该以小里程、快充电的电动汽车

10、为主。而目前家用车需要长续航的双模混合动力，以及公交市场的大续航纯电汽车。那么这样的车需要什么样的电池？3. 1.安全首先安全是汽车必备的前提。汽车不同于手机和电脑，汽车在高速行驶中有可能遇到众多不可预知因素，比如车祸造成的电池挤压和撞击。而任何一个不利的因素，都有可能造车车毁人亡。我们可以看到一些老年代步车使用劣质的铅酸电池，完全没有安全保障，电池自燃、受撞击燃烧的案例比比皆是。再比如特斯拉近一年的连续着火事件，虽然得利于特斯拉的安全设计并没有出现人员伤亡。但同时也要看到，这几次事件都是非常轻微的碰撞事故，碰撞本身对车和人并无伤害，而电池却着火了，那么如果是更严重的事故呢？3. 2.高倍率放

11、电寿命普通汽车使用寿命长达数十年，一辆电动汽车的电池，10年至少需要3000次的循环寿命。电池作为比较贵的部件，寿命能否与车等同是非常重要的，既要保证车辆的性能又要保证车主的利益，这样才能利于市场的推动。目前世界各车企的电动汽车，只有去年上市的比亚迪“秦”做到了电芯终生质保。电池的寿命也就是循环寿命，并非简单的电池参数给出的数字。电池的循环寿命和电池的循环状态是息息相关的，比如放电倍率、充电倍率、温度等。通常电池实验室数据得出的循环寿命，是以0.3C恒定的充放电倍率，在20度恒定最佳温度下得到的。但是在实际用车过程中，倍率和温度都是非恒定的。这也就是为什么通常无论是笔记本、手机，还是电瓶车的电

12、池，实际使用中的寿命都远远不如厂商给出的数据的原因。而中小里程纯电以及长续航双模混合动力车，因为所带的电池比较少，对其放电的要求就会更高，对寿命的影响就会更大。比如A123的磷酸铁锂电池，通常循环寿命可以到3000次以上。但是，A123的磷酸铁锂航模电池，以IOC的充电倍率、5C的放电倍率使用，实验室中的寿命缩短到只有600次，而真正实际使用中只有400次左右，可见放电倍率对寿命的影响。再以比亚迪“秦”为例，只有13KWH的电池驱动峰值功率IIOKW的电机。可以计算出，当“秦”满电时其最大放电倍率高达8.4C。尤其是当“秦”只有50%电量时，其最大放电倍率可以达到18C。如果电量再低放电倍率将

13、超过25C,这会极大地缩短电池的寿命。再看P85度电的特斯拉，最大功率310KW的电机，看起来很庞大，其实电池放电倍率不过4C。在只有30%的电量时，最大放电倍率也不过IoC。而且特斯拉的大容量电池，在极大程度上避免电池处于大功率的放电之中。通过简单的对比，就可以看出比亚迪电池的高倍率放电寿命的优越性。3. 3.温度适应性极寒对电池的影响，主要表现在充放电倍率低和电容量减少；极热对电池的影响，主要表现为寿命减低、高温安全性以及充放电能力下降。极寒对于电池的影响相对较轻，因为一般锂电池都可以在零下20以下使用，而且在电池的放电过程中本身就会产生热量，但能耗的增加以及电量的减少不可避免。极寒对纯电

14、车的影响和对双模混合动力车又不一样。纯电动车因为没有其他动力来源，在极寒情况下要达到合适的温度，必须依靠电池放电加热，那么对于能耗以及续航里程就会有很大影响。特斯拉在冬天无论是百公里能耗以及续航里程都和平时有显著不同。对于双模混合动力影响就较弱。因为混动有发动机作为备用提供能量。比如去年11月份比亚迪在包头举行的“秦”推广活动，当时夜间气温在零下15至20度，在早晨极寒的情况下启动车辆，系统会自动切换到HEV模式，发动机带动空调，迅速提高车内温度，当温度提高以后再切换回EV模式。极热对纯电和混动影响都很大，比如电池本身大功率放电温度就会升高。以普通锂离子电池为例，20C的放电，电池的温度可以提

15、升到接近50度。这么高的温度，不仅对电池的寿命有影响，更重要的是安全隐患。比如特斯拉的三元电池在高温环境下会释放氧气，而氧气是易燃物体。特斯拉通过循环冷却系统降低温度、以硬外壳包裹隔离电池以防止氧气溢出。但是当遇到撞击时还是难免起火。4 .能量密度能量密度，顾名思义就是单位重量的电池所能容纳的能量。能量密度通常是判断电池优略的重要指标，但是在笔者的分析体系里，能量密度在电池性能指标中不是很重要。原因有两个：1 ,能量密度必须结合其他性能。比如磷酸铁锂电池的能量密度确实不高。但是因为其安全稳定耐高温等特点，以磷酸铁锂为电芯所组成的电池极为简单，不需要太多保护辅助设备。而特斯拉的三元电池虽然电池电芯密度很高，但由于其安全性差不耐高温，所以必须结合一套复杂的电池保护设备，而这些设备都加大了汽车的重量。有报道称在发生连续燃烧事故后，特斯拉又准备加厚电池保护设备，这就将三元电池的能量密度优势消弱了。2 .重量对于汽车的影响不大，特别是对于未来电动汽车的主流趋势混合动力以及小里程纯电动汽车。我们可以设想，以130千瓦时/公斤能量密度和200千瓦时/公斤能量密度的电池做一个对比。即使是最大的80度总电量，两种电池的重量差不过200KGo这对于一辆接近2吨的汽车影响很低。因此笔者认为，尽管电池的能量密度自然是越大越好，但并不必要刻意