目前动力电池的路线之争,主要是指磷酸铁锂电池和三元锂电池的竞争。2020年之前,磷酸亚铁锂的出货量只有三元电池的一半。2020年,比亚迪刀片电池问世,磷酸亚铁锂出货量占比41.4%,三元电池降至58.1%。2021年磷酸亚铁锂份额高达53%,超过三元材料。
今年磷酸铁锂电池装机量对三元锂电池呈现碾压趋势。1-9月,全国动力电池累计装载容量255.7GWh,其中三元电池累计装载容量81.6GWh,占整车的31.9%。磷酸铁锂电池累计装载量为173.8GWh,占总装载量的68.0%。除了比亚迪销量增长,越来越多的车企开始搭载磷酸铁锂电池。
说到磷酸铁锂电池的优缺点,很多人只是说,成本低,安全性更高,但是能量密度低,还有呢?我不知道。
但其实能量密度根本不是磷酸亚铁锂里的一个槽,因为现阶段它的能量密度已经足够了。之前都说磷酸铁锂电池不优雅,只能搭载在低端车型上,但比亚迪也推出了多款续航超过700公里的磷酸铁锂电池,证明能量密度不再是限制磷酸铁锂电池的关键。
那么,磷酸铁锂电池真正的缺点是什么呢?
第一点也是最重要的一点就是磷酸铁锂电池电芯一致性差
由于正极材料本身以及正极材料在电解液中运行时的稳定性,磷酸铁锂电池的一致性较差,会导致单体电池与其他电池的性能不一致,一致性差会带来很多问题:
比如容量损失,电池组就像一个木桶,最差的电芯容量一定程度上决定了整个电池组的性能。
比如寿命的问题,一旦电芯容量出现问题,就会导致电芯每次都被完全放电,循环寿命降低,最终提前损坏。一旦一个电芯损坏,整个电池组都会出问题。
比如安全问题,单个电池内阻增大,在通过相同电流的情况下,会导致这个电池发热量增大,发热会加速电池的劣化,形成恶性循环,最终可能导致热稳定性失控,甚至自燃。
有人说,磷酸铁锂电池不是更安全吗?是的,从电池材料的角度来说,磷酸亚铁锂更安全,因为磷酸亚铁锂的化学性质相对稳定。在高温条件下,由于晶体中稳定的P-O键,磷酸铁锂电池内部不会形成强氧化性物质。所以磷酸铁锂电池即使自燃,也很少像三元锂电池那样突然爆炸,火势会像鞭炮一样笼罩全车。
但电池的安全性还与电池管理系统BMS的设计、散热、位置有关,电池一致性问题会增加自燃起火的概率。
鉴于磷酸铁锂电池的一致性,建议每周至少给电池充电一次,充电后让其充电3至6分钟,使用慢充。事实上,很多配备磷酸铁锂电池的电动车在说明书中都有这样的表述。
第二点,快充的功率比三元锂电池低。
其实你也看到了,市面上高端纯电动车用的动力电池大多是三元锂电池,主要是从充放电性能考虑的。
这主要是因为钴酸锂和锰酸锂是二维层状结构,锂离子的运动范围是二维的;磷酸亚铁锂只能在一个维度上移动,所以它的导电性不好。一般来说,磷酸亚铁锂的最大充电率不到2C(能源电池),比亚迪的最高充电率只有3C,当代安普科技有限公司的沈星过充电池可以实现4C充电,这也算是世界上第一款可以实现4C过充的磷酸铁锂电池,但至今没有量产。
而广汽爱安A480超级充电桩最大充电功率可达480kW,为6C快充。从快充性能来看,磷酸铁锂电池明显不同于三元锂电池。
第三点是低温性能,磷酸铁锂电池低温充放电性能差
磷酸铁锂电池的正极材料是磷酸铁锂,这就决定了磷酸铁锂电池在低温下的充放电性能较差,主要体现在充电性能和电池容量上。所以热管理对于搭载磷酸铁锂电池的车辆非常重要,低温热管理对于磷酸亚铁锂比三元更关键。
那么有人问了,为什么有些使用磷酸铁锂电池的车型冬季续航达成率更高?比如磷酸铁锂电池的低温性能本来是60分,三元锂电池是70分。如果热管理做得好,磷酸铁锂电池可以做到80分甚至85分,可能比三元锂电池的低温续航能力更扎实,但这需要很高的热管理系统,车企必须在这上面付出更高的成本。
当然,我们都知道磷酸铁锂电池的优点,比如成本更低,热稳定性更好,循环寿命更长。综合来看,磷酸铁锂电池在高端机型上还不能取代三元锂电池,但在低端机型上是个不错的选择。
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