多年換一次電池合適？怎樣才能延長(zhǎng)電池的使用壽命？

首先從影響新能源汽車電池的因素說起，新能源汽車現(xiàn)在主要使用的是三元鋰電池和磷酸鐵電池，氫燃料電池的普及率還不高，所以我們只說一下影響三元鋰電池和磷酸鐵電池壽命的因素：主要有充放電循環(huán)次數(shù)和濕擱置使用年限這兩點(diǎn)，一般來說，三元鋰電池的充放電循環(huán)次數(shù)為600-1000次，磷酸鐵電池為2000次，濕擱置使用年限均為5-8年，此外還要綜合衡量放電深度、溫濕度和充電制式的因素，一般來講，三元鋰電池汽車的電池壽命達(dá)到6年，磷酸鐵電池汽車的電池壽命達(dá)到7年是沒有問題的。

其次從延長(zhǎng)新能源汽車壽命的措施來說，一般來講，電池的壽命在出廠時(shí)就已經(jīng)決定了，但是在使用過程中發(fā)現(xiàn)，往往達(dá)不到理想的年限，電池就出現(xiàn)了問題，這就需要我們?cè)趯?shí)際使用過程中，采取一些措施來保護(hù)電池，延長(zhǎng)使用壽命。

首先是充電的時(shí)機(jī)，鋰電池技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電池的隨充隨用，而不是像以前那樣用完才充，這樣可以使得電池能夠始終處于活性狀態(tài)。其次是盡量勻速行駛，電動(dòng)汽車和傳統(tǒng)燃油車一樣，勻速行駛利于保護(hù)三電系統(tǒng)。第三是電動(dòng)汽車長(zhǎng)時(shí)間不用時(shí)，要經(jīng)常充電。電池的特性決定了，在長(zhǎng)時(shí)間虧電狀態(tài)下壽命下降很快，所以較長(zhǎng)時(shí)間不使用電動(dòng)汽車時(shí)，也要經(jīng)常充電，確保電池電量充足。

，新能源汽車的電池壽命一般為6到7年，只要我們保持良好的駕駛習(xí)慣，學(xué)會(huì)正確的充電方式方法，注意不讓電池長(zhǎng)時(shí)間處于虧電狀態(tài)，那么愛車的電池壽命或許還能延長(zhǎng)。

最近新聞報(bào)道的動(dòng)力鋰電池技術(shù)路線，提起高鎳三元鋰電池將在今后幾年內(nèi)成為動(dòng)力電池的主力，能量密度邁上300Wh/kg的臺(tái)階。本文旨在圍觀，關(guān)心一下高鎳三元的前世今生。

1鋰電池工作原理

當(dāng)前常見的鋰電池，主要有三元鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰等等，都是按照正極材料的類型來命名。與之配對(duì)使用的商業(yè)化負(fù)極材料一般都是石墨負(fù)極。基本工作原理如下圖所示。

如上圖所示。在充電過程中，由于電池外加端電壓的作用，正極集流體附近的電子在電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下向負(fù)極運(yùn)動(dòng)，到達(dá)負(fù)極后，與負(fù)極材料中的鋰離子結(jié)合，形成局部電中性存放在石墨間隙中；消耗了部分鋰離子的負(fù)極表面，鋰離子濃度變低，正極與負(fù)極之間形成離子濃度差。在濃差驅(qū)動(dòng)下，正極材料中的鋰離子從材料內(nèi)部向正極表面運(yùn)動(dòng)，并沿著電解質(zhì)，穿過隔膜，來到負(fù)極表面；進(jìn)一步在電勢(shì)驅(qū)動(dòng)作用下，向負(fù)極材料深處擴(kuò)散，與從外電路過來的電子相遇，局部顯示電中性滯留在負(fù)極材料內(nèi)部。放電過程則剛好相反，包含負(fù)載的回路閉合后，放電過程開始于電子從負(fù)極集流體流出，通過外電路到達(dá)正極；終于鋰離子嵌入正極材料，與外電路過來的電子結(jié)合。

負(fù)極石墨為層狀結(jié)構(gòu)，鋰離子的嵌入和脫出的方式，在不同類型的鋰離子中沒有太大差異。不同正極材料，其晶格結(jié)構(gòu)存在明顯差異，充放電過程中的鋰離子擴(kuò)散進(jìn)出，過程略有不同。

2主要正極材料的類型和特點(diǎn)

當(dāng)前商業(yè)化比較充分的正極材料主要有鈷酸鋰，磷酸鐵鋰，錳酸鋰和三元鋰四種。其中，鈷酸鋰雖然能量密度等方面存在明顯優(yōu)勢(shì)，但是安全問題成了瓶頸，使用的范圍越來越小。錳酸鋰，循環(huán)性能比較差，高溫性能不好，雖然抗過充能力強(qiáng)，成本又低，但現(xiàn)在主要只在低端或低速車輛上還有使用，市場(chǎng)份額也在縮小。只剩下磷酸鐵鋰和三元鋰是當(dāng)前真正的主流，二者一個(gè)占據(jù)能量密度和低溫性能的優(yōu)勢(shì)，另一個(gè)則擁有循環(huán)壽命和安全性的優(yōu)勢(shì)，國(guó)家政策和終端用戶在二者之間有些難于抉擇。目前為止，公交車主要使用磷酸鐵鋰，乘用車等對(duì)續(xù)航和客戶體驗(yàn)要求較高的車型則選擇三元鋰電池。

3三元鋰正極材料結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

三元材料是過去幾年的熱點(diǎn)，其中Ni成分，可以提高材料活性，提高能量密度；Co成分也是活性物質(zhì)，既能穩(wěn)定材料的層狀結(jié)構(gòu)，又能減小陽(yáng)離子混排，便于材料深度放電，從而提高材料的放電容量；Mn成分，在材料中起到支撐作用，提供充放電過程中的穩(wěn)定性。三元鋰，基本上綜合體現(xiàn)了幾種材料的優(yōu)點(diǎn)。

在三元材料這個(gè)大的類別下面，材料中三種金屬元素比例不同，可以看成不同種類的三元材料。一類是Ni:Mn等量型，第二類是Ni:Mn不等量型。

等量型的代表是NCM424和NCM111。在充放電過程中，+4價(jià)的Mn不變價(jià)，在材料中起到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用，+2價(jià)的Ni變?yōu)?4價(jià)，失去兩個(gè)電子，使得材料有著高的比容量。

Ni、Mn不等量型，就是本文的主角，又叫高鎳型三元鋰，主要的代表型號(hào)是NCM523，NCM622和NCM811。富鎳型三元材料在電壓平臺(tái)低于4.4V（相對(duì)于Li+/Li）時(shí)，一般認(rèn)為主要是Ni為+2/+3價(jià)參與氧化還原反應(yīng)，化合價(jià)升高到+4價(jià)。當(dāng)電壓高于4.4V時(shí)，Co3+參與反應(yīng)變?yōu)?4價(jià)，Mn4+不參加反應(yīng)起穩(wěn)定結(jié)構(gòu)作用。

高鎳三元給正極帶來的影響

不同比例NCM材料的優(yōu)勢(shì)不同，可以根據(jù)具體的應(yīng)用要求加以選擇。Ni表現(xiàn)高的容量，低的安全性；Co表現(xiàn)高成本，高穩(wěn)定性；Mn表現(xiàn)高安全性、低成本。要想提高電池的能量密度，提升車輛續(xù)駛里程，當(dāng)前主流觀點(diǎn)是在高鎳方向上，提高高鎳三元的安全性達(dá)到車輛使用要求。在三元及前文提及的磷酸鐵鋰、錳酸鋰和鈷酸鋰等成熟商用技術(shù)路線以外，也存在著鋰硫電池，鋰空氣電池以及全固態(tài)電池等多個(gè)技術(shù)方向，但都距離成熟商用還比較遠(yuǎn)。

三元鋰電池的電化學(xué)性質(zhì)和安全性主要取決于微觀結(jié)構(gòu)（顆粒形態(tài)和體積結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性）和物理化學(xué)性質(zhì)（Li+擴(kuò)散系數(shù)、電子傳導(dǎo)率、體積膨脹率和化學(xué)穩(wěn)定性）的影響。

Ni增加使循環(huán)性能變差；熱穩(wěn)定性變差；充放電過程中表面反應(yīng)不均勻；反應(yīng)產(chǎn)物中存在大比例的Ni2+，導(dǎo)致材料呈氧化性，緩慢氧化電解質(zhì)，過程中放出氣體。