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怎样区分钛酸锂离子电池和磷酸铁锂离子电池?

发布人:郎凯威电子科技时间:2022-03-12来源:工程师

磷酸铁锂电池:是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。其特色是不含钴等贵重元素,原料价格低且磷、铁存在于地球的资源含量丰富,不会有供料问题。其工作电压适中(3.2V)、单位重量下电容量大(170mAh/g)、高放电功率、可快速充电且循环寿命长,在高温与高热环境下的稳定性高。


磷酸铁锂电池优点


相比目前市面上较为常见的钴酸锂和锰酸锂电池来说,磷酸铁锂电池至少具有以下五大优点:更高的安全性、更长的使用寿命、不含任何重金属和稀有金属(原材料成本低)、支持快速充电、工作温度范围广。


磷酸铁锂电池缺点


磷酸铁锂存在一些性能上的缺陷,如振实密度与压实密度很低,导致锂离子电池的能量密度较低;材料的制备成本与电池的制造成本较高,电池成品率低,一致性差;产品一致性差;知识产权问题。


钛酸锂电池与磷酸铁锂对比分析


钛酸锂电池与磷酸铁锂的分析与比较


在纯电动汽车领域,电池多为磷酸铁锂或者三元锂,而近来格力欲收购的银隆客车,其核心竞争力则是另辟蹊径的钛酸锂电池。


国内汽车厂商应用比较多的还是三元锂电池、磷酸铁锂电池。钛酸锂目前还未规模化。并且钛酸锂电池价格高(生产成本高,湿度控制要求高),每瓦时9元左右,与磷酸铁锂电池、三元锂电池每瓦时2元左右的差距也是很大的。


钛酸锂电池与磷酸铁锂相比究竟孰优孰劣?这还要从两种电池的性能说起。众所周知,锂电池性能主要由正极、负极、电解液和隔膜决定,其中正、负极材料对电池的关键指标,如容量、能量密度、循环寿命、安全性、倍率性能、成本等有重要影响。


钛酸锂电池打破以石墨烯为负极的传统电池技术路线,改以钛酸锂为负极材料,这让它成为同行眼中的异类。但正是钛酸锂自身的特性,让这种材料的电池有着显著特点。


钛酸锂电池与磷酸铁锂对比分析


以磷酸铁锂-石墨烯、三元-钛酸锂两种锂电池为例,单从能量密度来看,钛酸锂电池处于劣势。东北证券研报指出,目前磷酸铁锂电池实际比能量为100-120Wh/kg,其中特斯拉采用的镍钴铝三元电池更是达到252Wh/kg,而银隆钛酸锂电池只有90Wh/kg,仅为某些石墨类负极材料电池的一半。


再从成本看,钛酸锂电池也没有优势。目前,银隆钛酸锂电池原材料包括氢氧化钛和氢氧化锂,其价格高于石墨类负极材料。根据中国电池网调研结果,目前磷酸铁锂、三元电池成本在1100元/kwh-1200元/kwh,而钛酸锂电池成本约为三元电池2-3倍。


能量密度低一倍、成本又高出2-3倍,钛酸锂电池如何参与市场竞争?显然,是它自身的独特优势打动了部分业内人士。


钛酸锂电池的安全性一枝独秀


钛酸锂作为负极材料时电位平台高达1.55V,比传统石墨负极材料高出1V还多,虽然损失了一些能量密度,但也意味着电池更加安全。技术专家卢蓝光曾表示,电池快速充电时对负极电压需求比较低,但如果过低,锂电池就容易析出非常活泼的金属锂,这种锂离子不仅导电,还能跟电解液起反应,然后释放热量,产生可燃气体,引发火灾。而钛酸锂因为高出来的1V电压避免了负极电压为0的情况,也就间接避免了锂离子的析出,从而保证了电池的安全性。


由于钛酸锂电池在高温、低温环境中均可以达到安全使用,也体现出其耐宽温(尤其耐低温)的重要优势。目前,银隆钛酸锂电池的安全工作温度区域在-50度到65度之间,而普通石墨类负极电池在温度低于-20度时能量就开始衰减,-30度时充电容量仅为充电总容量的14%,在严寒天气下根本无法正常工作。


钛酸锂电池与磷酸铁锂对比分析


此外,由于钛酸锂电池即便过度充电,也仅有1%的体积变化,被称为零应变材料,这使其有着极长的寿命。银隆董事长魏银仓曾表示,银隆钛酸锂电池寿命可达30年,与汽车使用寿命相当,而普通石墨负极材料电池平均寿命不过3-4年。从全寿命周期看,钛酸锂电池成本更低。


钛酸锂的最后一个优势是快速充放电能力强,充电倍率高。目前银隆钛酸锂电池的充电倍率有10C、甚至20C,而普通石墨负极材料的电池充电倍率仅有2C-4C。


基于钛酸锂电池的这些技术特点,业内人士认为其契合了新能源公交车、大型储能装备的需求。拿公交车来说,一般单趟里程不超过40公里,每次终点站进站等待到下次发车时间间隔至少需要几分钟时间。这时钛酸锂电池能量密度低的劣势不会影响客车的使用,反而体现出电池快充的好处。作为公共交通工具,公交车对电池的安全性、耐用性都提出了更高要求。


6款搭载钛酸锂电池的新能源客车进入工信部《新能源汽车推广应用推荐车型目录》(2017年第四批),意味着官方对这一电池技术成熟度的认可。随着后期补贴落实到位,钛酸锂电动客车的售价也将有所下降,未来有望持续拉动其销量。面对巨大的新能源客车市场,钛酸锂企业开始扩产。


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