鉅大LARGE | 點擊量：1203次 | 2021年04月08日
分析國內外動力鋰電池的比較測試
依據GB/T31484GB/T31485GB/T31486檢測標準，分別選取國內外不同材料不同封裝形式(軟包方形硬殼和圓柱形卷繞)的電池樣品進行對標分析，其中包括比較成熟的國內4款磷酸鐵鋰蓄電池3款三元材料電池和1款錳酸鋰材料電池，以及2款日韓系三元材料電池，如下表所示試驗對象均為電池模塊。
能量密度比較
電池樣品的能量密度比較如下表所示可以看出，對標測試的磷酸鐵鋰離子電池單體能量密度在109～143(Wh)/kg之間，三元及錳酸鋰離子電池能量密度在130～195(Wh)/kg之間，F型36Ah軟包裝三元電池能量密度最高達到194.93(Wh)/kg，J型35Ah錳酸鋰離子電池接近130(Wh)/kg總的來說，三元材料電池能量密度高于磷酸鐵鋰離子電池，國內最好的磷酸鐵鋰能量密度可以達到143(Wh)/kg。
組成模組后，由于連接件及固定支架的原因，能量密度均有所下降，比能量損失率見上表。其中F型36Ah軟包裝三元電池模組能量密度損失最大，重要原因是含有散熱裝置和外殼，且出于模組安全性考量設計的金屬外殼材質較厚;A42Ah方形硬殼磷酸鐵鋰離子電池和E型33Ah方形硬殼三元電池組成模塊后能量密度損失最小，重要是未包含模塊外殼，無固定裝置，僅新增了連接片的重量動力鋰電池模塊和系統能量密度，是電動汽車能否在未來市場媲美傳統燃油汽車的關鍵未來動力鋰電池模塊及電池系統輕量化設計，是提高電動汽車續航里程的關鍵技術。
低溫性能比較
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
汽車用動力鋰電池的低溫性能是制約冬季電動汽車使用效率的瓶頸動力鋰電池的低溫性能重要受電解液正負極材料等因素的影響在低溫環境下，電解液部分溶劑凝固，造成電子遷移困難，電導率降低;離子在電解液中受阻很大，離子遷移緩慢，導致動力鋰電池充放電效率降低電池樣品的-20℃低溫放電性能比較如下圖所示可以看出，磷酸鐵鋰離子電池在-20℃放電曲線差異較大，可以表征為低溫下磷酸鐵鋰離子電池內阻不同D型270Ah方形硬殼磷酸鐵鋰離子電池放電初始壓降最小，低溫性能最好三元材料電池的低溫放電曲線趨勢一致，低溫放電性能總體要好于磷酸鐵鋰材料電池由于不同的低溫放電深度各有不同，故H型28Ah軟包裝三元電池的放電曲線稍短三元材料電池中I型6.3Ah圓柱形卷繞三元電池低溫下內阻最大，電壓平臺低，低溫性能最差。
高溫性能比較
高溫情況下，電池內部離子移動速度增大，濃差極化和電化學極化減輕，極化內阻減小，電池內部化學反應熱增大，過分高溫會使隔膜發生收縮，電解液發生副反應，造成電池壽命穩定性降低GB/T31486要求電池在室溫下充滿電，55℃高溫下儲存5h后評價動力鋰電池的放電容量電池樣品的高溫放電性能比較如圖2所示。
可以看出，磷酸鐵鋰和三元材料電池在高溫下放電容量均是初始容量的100%以上在溫度高于室溫情況下，電池內部熱傳導率增大，電解液活性增強，內部極化內阻減小，55℃放電容量優于室溫放電容量。
充放電倍率特性比較
由圖3可以看出，磷酸鐵鋰和三元材料電池的倍率放電容量均在96.7%以上，其中B型50Ah方形硬殼磷酸鐵鋰離子電池以8C放電電流放電，放電容量是初始容量的99.6%按照GB/T31486的要求，動力鋰電池充放電倍率檢測只進行一次倍率評價，而高倍率循環對電池壽命的影響還需進一步測試目前，GB/T標準未對倍率循環后的能量衰減做出要求，無法量化考核大電流沖擊對電池循環壽命的影響，這一點還有待完善圖4中磷酸鐵鋰和三元材料電池的充電倍率性能均高于國標要求的初始能量的80%以上在選型的10個樣品中，磷酸鐵鋰離子電池的充電倍率特性要優于三元材料電池鋰離子電池的充放電倍率特性決定了可以以多大的速度將能量存儲在電池里;或者以多大的速度將能量從電池中釋放出來倍率指標是電池能否作為車用能源系統的關鍵鋰離子電池的充放電倍率性能，與鋰離子在正負極電解液以及它們在界面的遷移能力和電池內部散熱速率有關。因此，想要提高和改善充放電倍率特性，要從鋰離子遷移速率和散熱速率兩方面著手，重要方法有:（1）提高正負極鋰離子擴散能力;（2）提高電解質離子電導率；（3）降低電池內阻;（4）電池內部熱場均衡。
存儲性能比較
GB/T31486要求動力鋰電池模塊充滿電，室溫下以1C放電30min后，在452℃下儲存28天，評價電池的容量恢復能力電池樣品儲存性能比較如圖5所示。
可以看出，經過28天的儲存后，大部分電池容量恢復率在97%以上，部分磷酸鐵鋰離子電池和三元電池的恢復率高于電池初始容量。
目前國外以三元材料動力鋰電池為主，國內磷酸鐵鋰和三元材料動力鋰電池均有成熟產品對標測試研究表明，雖然三元材料能量密度優于磷酸鐵鋰材料，但國內較好的磷酸鐵鋰離子電池的能量密度也能達到143(Wh)/kg;在低溫特性方面，磷酸鐵鋰材料電池的低溫性能要劣于三元材料電池，充電倍率特性要優于三元材料電池;但是，動力鋰電池由單體組成模塊后，能量密度損失較大;GB/T標準缺少高倍率循環對電池容量衰減的考核，這一點還要進一步完善。鋰離子電池分為鋰離子電池和鋰離子電池，鋰離子電池是采用金屬鋰或者鋰合金來做負極材料，使用非水電解質溶液的電池；而鋰離子電池是一種二次電池（充電電池），它重要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。我們通常說的鋰離子電池，其實是鋰離子電池，我們今天也就重要介紹鋰離子電池。目前市場上鋰離子電池分為三大類：
1、三元鋰離子電池：三元聚合物鋰離子電池是指正極材料使用鋰鎳鈷錳三元正極材料的鋰離子電池，鋰離子電池的正極材料有很多種，重要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。三元材料綜合了鈷酸鋰、鎳酸鋰和錳酸鋰三類材料的優點，具有容量高、成本低、安全性好等優異特性，其在小型鋰電中逐步占據一定的市場份額，并在動力鋰電領域具有良好的發展前景，目前此類電池在工業車輛市場所占比重最大。
三元鋰離子電池
2、錳酸鋰：錳酸鋰是較有前景的鋰離子正極材料之一，相比鈷酸鋰等傳統正極材料，錳酸鋰具有資源豐富、成本低、無污染、安全性好、倍率性能好等優點，是理想的動力鋰電池正極材料，但其較差的循環性能及電化學穩定性卻大大限制了其產業化。錳酸鋰重要包括尖晶石型錳酸鋰和層狀結構錳酸鋰，其中尖晶石型錳酸鋰結構穩定，易于實現工業化生產，如今市場產品均為此種結構。尖晶石型錳酸鋰屬于立方晶系，Fd3m空間群，理論比容量為148mAh/g，由于具有三維隧道結構，鋰離子可以可逆地從尖晶石晶格中脫嵌，不會引起結構的塌陷，因而具有優異的倍率性能和穩定性。
3、磷酸鐵鋰：磷酸鐵鋰作為鋰動力鋰電池材料是近幾年才出現的事，國內開發出大容量磷酸鐵鋰離子電池是2005年。其安全性能與循環壽命是其它材料所無法相比的，這些也正是動力鋰電池最重要的技術指標。1C充放循環壽命達2000次。單節電池過充電壓30V不燃燒，穿刺不爆炸。磷酸鐵鋰正極材料做出大容量鋰離子電池更易串聯使用，以滿足電動汽車頻繁充放電的要。磷酸鐵鋰具有無毒、無污染、安全性能好、原材料來源廣泛、價格便宜，壽命長等優點，是新一代鋰離子電池的理想正極材料。
