如今,汽車行業(yè)正處于高速電氣化的過程中,汽車電池已經(jīng)成為電動汽車中非常重要的一部分,這在相當(dāng)程度上影響并決定了汽車的成本、里程、價格、穩(wěn)定性和性。
因此,汽車電池的重要性超過了傳統(tǒng)燃油車的發(fā)動機(jī)。選擇哪種電池來確保電動汽車的良好性能已成為一個問題。三元鋰電池是電動汽車電池的主要電池材料之一。
在電動汽車領(lǐng)域,三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池是兩種主流。它們的物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)不同,所以材料的財產(chǎn)也不同,導(dǎo)致性能上的差異。
三元鋰電池的優(yōu)點是能量密度高、低溫性能好、充放電密度高、電量估計準(zhǔn)確,磷酸鐵鋰電池的優(yōu)勢是成本低、穩(wěn)定。
從材料本身的結(jié)構(gòu)來看,三元材料在相同數(shù)量的鋰離子下具有更低的分子量,因此其比容量高于鐵鋰,電池的能量密度也更高。
三元材料的晶體結(jié)構(gòu)是層狀的。在充放電過程中,Li+被嵌入到MO6的層間結(jié)構(gòu)中(Mn=Ni,Mn,Co)。隨著鎳含量的增加,脫嵌Li+增加,三元材料的理論容量和電池能量密度增加。
磷酸鐵鋰晶體呈現(xiàn)三維網(wǎng)狀橄欖石結(jié)構(gòu),形成一維Li+傳輸通道,限制了Li+的擴(kuò)散。同時,八面體FeO6是共頂點連接的,導(dǎo)致電子遷移率比三元層狀結(jié)構(gòu)慢100-1000倍。
三元正極中的鋰離子可以在兩個不同的方向上移動,這使得電池比鋰鐵更強(qiáng)大,充電和放電能力更強(qiáng)。
磷酸鐵鋰電池的使用壽命與其使用溫度息息相關(guān),使用溫度過低或者過高在其充放電過程及使用過程均產(chǎn)生極大不良隱患。尤其在中國北方電動汽車上使用,在秋冬季磷酸鐵鋰電池?zé)o法正常供電或供電電源過低,需調(diào)節(jié)其工作環(huán)境溫度保持其性能。國內(nèi)解決磷酸鐵鋰電池恒溫工作環(huán)境需考慮空間限制問題,較普遍的解決方案是使用氣凝膠氈作為保溫層。