鉅大鋰電 | 點擊量:0次 | 2019年05月24日
快充——磷酸鐵鋰電池的新突破點
不同的電池資料系統,有著不同的優缺點,新的電池資料系統迭出,大有“青出于藍而勝于藍”的趨勢,尤其是三元資料在電動大巴上解禁之后,該系統有著越來越高的呼聲。磷酸鐵鋰資料系統作為當時電池資料系統的中堅力量,在其能量密度越來越接近上限的時候,是否還有其他的殺手锏以保證其自立于商場?磷酸鐵鋰電池資料的前景頗受重視。
磷酸鐵鋰的“危”與“機”
鋰離子電池的正極資料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元資料等。從工作原理上講,磷酸鐵鋰也是鋰離子的嵌入/脫嵌過程,這一原理與鈷酸鋰、錳酸鋰等相同。磷酸鐵鋰經常被拿來與三元鋰電池做比較,二者經常成為業內爭議的焦點。
這兩種資料都會在一定溫度下發作分化,三元資料在200攝氏度左右即發作分化,而磷酸鐵鋰資料在800攝氏度左右分化,這意味著,三元資料更易成為火災事故“爪牙”,三元電池要完成和磷酸鐵鋰相同程度的安全水平,對技能和工藝的要求更高。
然而,磷酸鐵鋰的能量密度低于三元電池。磷酸鐵鋰電池單體能量密度約145Wh/kg,相比之下,三元電池能量密度較高,三元鋰電池單體能量密度約220Wh/kg。因而,鑒于磷酸鐵鋰的資料特性,業內頻傳磷酸鐵鋰電池能量密度進步空間有限,未來或被其他電池系統替代。
在知識產權日益被重視的當下,磷酸鐵鋰于此不及三元,這對磷酸鐵鋰電池的發展有所掣肘。最早有關磷酸鐵鋰的專利申請在1993年6月25日由FXMITTERMAIER&SOEHNEOHG(DE)取得,并于同年8月19日公布申請成果。磷酸鐵鋰的基礎專利被美國德州大學所有,而碳包覆專利被加拿大人所申請,這兩個基礎性專利很難繞過去。而業內機構2017年對車用鎳鈷錳三元鋰電池行業全球專利的統計顯示,無論是其他國家的專利布局仍是中國境內的技能創新保護意識,錳鈷鎳三元鋰電池的技能研制都是當時的技能熱點,我國鎳鈷錳三元鋰電池專利申請量在世界上遙遙領先。因而,在專利方面,磷酸鐵鋰的優勢不及三元電池。
在能量密度方面,磷酸鐵鋰的天花板略低,可發揮空間不大,但在用戶所關心的充電速度方面打開了一扇窗。快充作為新能源轎車發展有必要攻克的技能路徑,其關于緩解續航路程焦慮、減少充電時間等有著明顯的效果,因而,快充成為車企和電池企業的發力方向,也成為磷酸鐵鋰電池未來應用的一個亮點。
此外,在2016年12月底發布的新能源轎車補助調整方案中,“3C-5C、5C-15C、15C+”三個檔次的快充倍率,可分別取得0.8倍、1倍、1.4倍補助,在該方針鼓勵下,走磷酸鐵鋰技能路線的企業加大了在快充方面的研制力度,快充使磷酸鐵鋰電池取得了的新突破點。
快充技能的核心就是在不影響電芯壽數和安全性的前提下,經過化學系統的設計,加速鋰離子在正負極移動的速度,很多快充技能都是圍繞這一點進行優化。對磷酸鐵鋰電池快充的研制,寧德年代和沃特瑪具有代表性。
寧德年代的磷酸鐵鋰快充技能比較老練,正極方面,寧德年代開發了“超電子網”技能,在保證快充電池系統的安全性和可靠性的基礎上,使磷酸鐵鋰的電子具有優異的導電性能,可達三元資料的1000倍。負極方面,寧德年代選用“快離子環”技能,在石墨表面打造一圈“高速公路”,加快了鋰離子在石墨層的嵌入,充電倍率可達4C~5C,并能保證系統等級70Wh/kg以上的能量密度,完成10000次的循環壽數。此外,為了讓快充習慣不同的工作環境,寧德年代還專門開發了熱辦理系統,保證在低溫和高溫的環境里完成快充。
寧德年代總裁黃世霖表示,寧德年代將開發更老練的電池快充技能,合作充電需求布設專業化集中充電站,滿意商場對遠距離行駛和短時間充電的需求。據了解,寧德年代將逐漸進步電池能量密度,進步電動轎車的續航路程,2017年年末前推出新技能,爭奪生產出充電10分鐘、續航300公里的電池產品。
經過對沃特瑪的調研和相關資料的查閱,電池中國網了解到,沃特瑪是磷酸鐵鋰資料系統的堅決擁護者,它在磷酸鐵鋰快充方面一直在發力。正極方面,沃特瑪使用粒徑更小的磷酸鐵鋰資料,目前商場上遍及的磷酸鐵鋰粒徑在300~600nm之間,而沃特瑪只用100~300nm的磷酸鐵鋰資料,然后使鋰離子具有更快的搬遷速度,可完成更大倍率的電流進行充放電。在負極端,沃特瑪相同選用粒徑更小的人造石墨進行碳包覆——小粒徑有利于鋰離子的脫離和嵌入;碳包覆能對電池的循環壽數進行優化改善,微孔的碳結構有利于電解液的吸附,然后起到改善循環壽數的效果。
在安全防護措施方面,沃特瑪電池選用圓柱結構,并在慣例安全設備外設有通氣管設備和拉斷開啟設備。通氣管設備能保證內部氣壓的平衡,可防止電芯內局部氣壓過高導致電池爆炸的風險;而拉斷開啟設備在電池過充、過流、過熱的情況下,會產氣斷開電路,停止電池內部的電化學反響,防止爆炸的發作。
磷酸鐵鋰電池近年來一直在電池系統中擔綱主角,盡辦理論能量密度上升空間有限,多傳終將被其他電池資料替代,但磷酸鐵鋰找到了新的突破點,在快充方面向其他電池資料系統發起了應戰。可以預見,未來,憑快充“一招鮮”,磷酸鐵鋰就可以走得更遠。










