科普|磷酸鐵鋰(LFP)和三元(NCM)鋰電池的區別

鋰電筆記 發佈 2023-12-21T06:15:02.430319+00:00

近年來,隨著環保、節能減排政策的實施,新能源汽車得到了前所未有的發展。但對於新能源汽車來說,續航、充電和安全是消費者最關心的三大問題,其性能好壞在很大程度上取決於電動汽車的動力來源——電池。新能源汽車的電池有何不同?它們之間有什麼區別?哪個更靠譜?哪一款更適合你的電動車?

近年來,隨著環保、節能減排政策的實施,新能源汽車得到了前所未有的發展。但對於新能源汽車來說,續航、充電和安全是消費者最關心的三大問題,其性能好壞在很大程度上取決於電動汽車的動力來源——電池。新能源汽車的電池有何不同?它們之間有什麼區別?哪個更靠譜?哪一款更適合你的電動車?

電池的種類很多 ,可分為、物理電池和生物電池。按結構分類,可分為電池和燃料電池兩大類。從種類上講,現在新能源汽車使用的電池屬於化學電池,常見的有鉛酸、鈦酸鋰、鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳、鎳鈷鋁五種動力電池。其中磷酸鐵鋰(簡稱LFP)和三元鋰電池(簡稱NCM)能量密度更高、性能更穩定,是目前電池市場上流通最廣的兩種電池,也是應用最廣泛的主流電源用於電動汽車。

因為目前市場上流通的是LFP和NCM鋰電池,所以,下面我們就著重介紹這兩種電池,了解一下這兩種電池的區別。

能量密度:NCM > LFP

能量密度是評價電池性能的重要指標。一般來說,能量密度越高,電池單位重量或體積所能容納的電量就越多,續航里程也就越遠。例如,兩塊重量和大小相同的礦石,一塊雜質多一點,一塊雜質少一點,提取率高一點,無疑會更有價值。因此,同樣體積下,能量密度越高,蓄電能力越強。

LFP由於其固有的化學特性,電荷低,能量密度約為140Wh/kgNCM電壓高,能量密度基本在240kWh/kg。也就是說,同等重量下,NCM的能量密度是LFP的1.7倍。

目前NCM鋰電池有NCM523、NCM622和NCM811三種。這三種鋰電池都是根據正極材料中鎳、鈷、錳的比例來命名的,比如811電池。正極材料主要由80%的鎳、10%的鈷和10%的錳組成。簡單來說就是在之前NCM的基礎上將電極材料改為8:1:1。

隨著對電池能量密度的要求越來越高,高鎳NCM811是電池發展的重點突破方向。選擇它的主要原因是鎳含量的增加會促進三元(鎳鈷錳)正極材料的比容量上升,可以進一步擴大電池的能量密度,以及電能儲存能力會隨著能量密度的增加而上升。

安全性:LFP > NCM

由於材料的原因,LFP 具有最好的熱穩定性。電熱峰值超過350℃,化學成分在500℃至600℃之間開始分解。但其耐低溫性能較差,3500mAh容量的pack,在-10℃環境下工作,100次充放電循環,已經處於報廢狀態。相比之下,NCM材料不穩定,往往在200度左右容易分解,電解液在高溫作用下會迅速燃燒,引發連鎖反應,甚至引起車輛自燃!所以很多搭載NCM鋰電池的新能源汽車都需要加入溫度保護和BMS來保護電池。所以在高溫下,磷酸鐵鋰的安全性是比較高的。

低溫性能:NCM > LFP

冬季電動車續航里程衰減普遍,磷酸鐵鋰電池的低溫性能比三元鋰電池差。磷酸鐵鋰的溫度下限為-20℃,低溫環境電性能較差。 LFP容量保持率在0℃時約為60-70%,-10℃時約為40-50%,-20℃時約為20-30%。NCM的低溫極限為-30℃,低溫放電性能好。在與LFP同等低溫條件下,冬季續航里程衰減小於15%,明顯高於LFP。冬季電動車續航里程衰減普遍,磷酸鐵鋰的低溫性能比三元鋰電池差。

壽命:LFP > NCM

電池壽命是電池在反覆充放電後的衰減,一般電動車充滿電後,有效電量衰減到原來電量的80%以下,這就意味著需要更換電池了,更換標準與手機相同。

一般來說,LFP的完整充放電循環次數可達3500次以上。每次充放電後,電量都會衰減一次,衰減數次後,原來的電量將不足80%。例如它每天循環一次,LFP 需要將近 10 年的時間才能開始衰變和更換。

與 LFP 不同,NCM 的壽命比 LFP 電池短。完成2000次以上的充放電循環後,會開始出現衰減現象,時間一般為6年左右。但是,通過電池管理等方法,可以稍微延長電池壽命,但只能延長一點點。

當然,電池組的壽命並不是單個電芯壽命的總和。作為組合,如果其中電池的性能高度一致,則電池組的壽命只能接近單個電池的壽命。

製造成本:NCM > LFP

關於成本,LFP 也有巨大的優勢。它們不含貴金屬(鎳鈷元素),因此生產成本更低NCM使用多種鎳、鈷、錳材料,生產高鎳電池對工藝環境要求比較嚴格,目前成本較高

其次,近年來,鋰、鈷等金屬資源面臨緊缺問題,尤其是鈷金屬,價格暴漲,報價超過20萬元/噸。而一噸電解鎳的價格,現在也在11萬元左右。於是,不少電池企業不得不轉向811,提高鎳含量,降低鈷含量,從而降低成本。

結合能量密度、低溫性能、安全性、使用壽命和成本這些因素,LFP和NCM各有優勢,但誰勝誰負還真不好說。

在實際使用中,磷酸鐵鋰具有耐高溫、安全穩定性強、價格低廉、循環性能更好等優點。原材料價格低廉,地球上有豐富的磷鐵資源,不存在材料供應問題。

NCM在儲能密度方面具有絕對優勢,可滿足消費者對電動汽車長續航里程的重要需求。在製造成本上,NCM的成本也在逐漸下降。

未來隨著主機廠BMS的進一步疊代優化,NCM的熱管理將得到更好的解決。可以預見的是,NCM 電池組在長續航電動汽車中仍占主導地位。


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