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比亚迪与宁德时代交锋:一文看懂刀片电池、三元锂电池的优劣势

北极星储能网  来源:职愿科波拉汽车学院    2020/7/6 16:23:34  我要投稿  

北极星储能网讯:2020年,一根钢针将比亚迪和宁德时代之间的 “战争” 彻底摆在了台前。

不久前,比亚迪公开发布刀片电池顺利通过“针刺测试”,结果显示:三元锂电池在针刺后迅速冒烟、剧烈燃烧,而刀片电池无明显变化,发热极其轻微。随后,宁德时代也多次发布自家三元锂电池包针刺测试视频,来证明自己同样能够实现针刺的技术。

从此,以比亚迪和宁德时代为代表的磷酸铁锂电池和三元锂电池路线之争烽火再起,开始了你来我往的 “隔空互撕” 。

那么,刀片电池和三元锂电池到底有哪些优缺点足以让两大企业 “开战” ?现有的动力电池在整体性能上又表现如何,有什么优缺点呢?

今天,我们就一起来分析一下。

01动力电池的定义

在分析优缺点之前,我们需要先了解一下动力电池的定义和工作原理:

什么叫动力电池呢?动力电池是指为工具提供动力来源的蓄电池,我们生活中常见的电动汽车、电动自行车用的都是蓄电池。

一辆电动汽车的好坏取决于动力电池的质量,而动力电池的好坏,也有几个主要指标:比能量、能量密度、比功率、循环寿命和成本。一辆电动汽车要想与燃油汽车来一场综合 PK ,关键就是要看它是否拥有比能量高、比功率大、使用寿命长的高效电池。

什么是比能量、比功率呢?

比能量是指电池单位质量所能输出的电能,单位是Wh/kg。通俗一点就是吃了这个馒头,你能跑多久。比功率是描述电池在瞬间放出能量的能力,单位是W/kg。比能量高的动力电池就像龟兔赛跑里的乌龟,耐力好,可以长时间工作,续航里程也长。而比功率高的动力电池就像百米赛跑里的博尔特,速度快,能提供很高的瞬间电流,来保证汽车的加速。

我们知道了电池好坏的标准,那么它是怎么发电让车跑起来呢?

02动力电池工作原理

因为现在大部分电动汽车都是用的锂离子电池,在这里,我们也以锂离子电池的工作原理为例进行分析:

锂离子电池有多层结构,主要包含正极材料、负极材料、电解液、隔膜等。锂离子就像一个调皮的孩子,每天在正负极之间的来回地进去再出来,这样就完成了电能的储存和释放。电池充电时,正极材料中的锂离子跑出来,穿过隔膜进入到负极石墨中;电池放电时,锂离子又从负极石墨中跑出来,跨过千山万水再回到正极中。随着不断地充放电,锂离子就不断的从正极和负极中进入和脱出。这样,一辆电动汽车就能充满电出去兜风了。

以上这个案例讲解的是化学电池在电动汽车中的应用,其实按照能量来源的不同,动力电池可以分为物理电池、化学电池和生物电池三种。

然而,到目前为止,只有化学电池被广泛地应用于电动汽车中,因此我们常见的动力电池工作原理都基本类似,只不过正负极材料不同罢了。

03常见电池的优缺点

了解了上述的主要指标和工作原理 , 接下来就可以一起来看看常见动力电池铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池的区别和优缺点了。

铅酸蓄电池

铅酸蓄电池是一种电极由铅及其氧化物制成,硫酸溶液为电解液的蓄电池。

在比能量方面:它的比能量低,也就是说一次充电行驶里程短,充电时间长。

使用寿命方面:使用寿命短,一般使用寿命为2年,日常维护也比较频繁。

工作电压:除锂离子电池外,在常用的蓄电池里,铅酸蓄电池的电压可能是最高的,为2.0v,比镍氢电池都要高。

除此之外,铅酸蓄电池具有电压稳定、价格便宜、高倍率放电性能良好、高低温性能良好等特点。但是铅酸蓄电池的比能量低,寿命短,并且铅对环境有很大的污染。比如我们生活中用到的手电筒、电动轮椅等,都在运用铅酸蓄电池。

镍氢电池

镍氢电池是一种性能良好,以活性物质氢氧化镍作为电池正极的蓄电池。

与铅酸蓄电池相比,镍氢电池的比能量和比功率都很高:目前商业化的镍氢功率型电池能做到1350W/kg。

循环寿命也更长,可循环次数达到1000次以上,是铅酸蓄电池的3倍以上。

此外,镍氢电池还是无污染电池。综合来看,镍氢电池整体要比铅酸蓄电池优秀很多。与锂离子电池相比,镍氢电池电流大、价格成本低、具有耐过充过放的好性能。

镍氢电池就像一个不偏科成绩中上等的孩子,有些地方可能不及别人,但整体来说还是很稳的。以丰田Prius 为代表的HEV车型正是应用了这一动力电池,良好的性能才获得了普遍的市场认可。

锂离子电池

锂离子电池是指采用含有锂元素的材料作为电极的蓄电池。比如特斯拉Model 3 、比亚迪 E6 使用的磷酸铁锂电池以及Model S 的三元锂电池等等,都是锂离子电池作为动力源的新能源汽车。

与镍氢电池相比,锂离子电池工作电压高,比能量高,循环寿命也更长,可达6年以上。锂离子电池的工作电压为3.7v,是镍氢电池的3倍。锂离子电池的比能量已达到150 Wh/kg,是镍氢电池的1. 5倍左右。目前,锂离子电池的循环寿命已达到1000次以上,在低放电深度情况下可以达到几万次。

锂离子电池的整体性能要比镍氢电池好很多,但锂离子电池的成本很高,并且还必须要有特殊的保护电路来防止电池过放过充,这一点还不如前面的镍氢电池。

比亚迪和宁德时代的明争暗斗,正是展开在锂离子电池领域。刀片电池采用的是磷酸铁锂电池,其在高温条件下或过充时安全性非常高,可快速充电,高放电功率,无记忆效应,循环寿命高,缺点为低温性能差,能量密度较低。而三元锂电池的能量密度高,低温性能优异,电压平台高,续航里程长,输出功率较大,但高温稳定性差,安全性不如刀片电池,造价也比较高。

刀片电池与三元锂电池的竞争相当于在“安全性能”与“续航里程”上做选择,而这两点都是市场的痛点,更是人们购车时的第一考量。

综合来说,锂离子电池整体性能高于镍氢电池,镍氢电池又高于铅酸蓄电池。除此之外 , 还有一种理想燃料 --- 氢燃料电池,是将氢这种化学元素转换成电能的电池。这种电池具有无污染、无噪音、高效率的优点,整体性能将高于以上所有动力电池 , 但成本却是普通汽油机的近100倍。其实,每一种电池总有一些瑕疵,限制它的使用和发展,但随着未来科技的不断发展,相信这些瑕疵很快都会被解决,助力新能源汽车的快速发展,为人类带来更多的便利与舒适。


原标题:比亚迪与宁德时代交锋:一文看懂刀片电池、三元锂电池的优劣势

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