三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池是目前新能源汽車常用的兩種動力電池,然而兩種電池在充電和使用方面卻有明顯的不同,在搭載三元鋰電池的車型說明書中,建議車主不要經常充滿,而搭載磷酸鐵鋰電池的車型則要求車主定期充滿,這是為何?
其實,你別看都是鋰電池,但兩種電池在循環壽命、高低溫性能、安全性、成本以及日常養護方面都有明顯的差異,因而選車時以及買車后都有講究。
新能源汽車常用的動力電池包括三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池。然而,這兩種電池在充電和使用方面有顯著差異。三元鋰電池的車型說明書建議車主不要經常充滿電池,而搭載磷酸鐵鋰電池的車型則要求車主定期充滿電池。為什么會有這樣的建議呢?
兩種電池在循環壽命、高低溫性能、安全性、成本和日常維護方面存在明顯差異,因此在選擇和購買車輛時需要注意。從材料屬性來看,電池的性能主要受正極材料影響。三元鋰電池的正極材料主要是鎳鈷錳酸鋰或鎳鈷鋁酸鋰復合材料,具有較高能量密度。然而,鎳鈷鋁在高溫環境下易受影響,導致電池不太穩定,容易過熱。
為什么三元鋰電池不建議經常充滿電呢?在充放電過程中,電子和鋰離子不斷在正負極之間流動。由于三元鋰電池的材料活性較高,充電時,正極的鋰離子會不斷流向負極,占據一些鋰離子位置的鎳離子也會增多。
為了保持電池容量穩定,正極材料需要足夠的鋰離子和存放鋰離子的空間。然而,如果持續高壓快速充電,正極的鋰離子會更快地流向負極。在較高負荷下,負極無法容納足夠的鋰離子。如果負極石墨中沒有足夠的空間來容納正極的鋰離子,這些鋰離子會在負極表面結晶,導致電池容量不斷減少。此外,結晶物增加可能導致短路。在急速放電時,電池會產生大量熱量,可能損壞隔膜。同時,高溫還會導致電解液分解為氣體,當壓力超過一定限制時可能引發爆燃。
因此,在充電過程中需要控制充電電壓和充電量。當充電量達到80%時,負極的鋰離子接近飽和,應停止快速充電,選擇慢速充電。慢速充電的電流較小,三元鋰電池不會過于活躍,也不會產生過多熱量。
至于磷酸鐵鋰電池為什么要求定期滿充電和滿放電,與該電池的材料屬性有關。磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵較穩固,不易分解,即使在高溫或過充的條件下也不會像鎳鈷鋁那樣容易發熱和不穩定。滿充電的目的是校正剩余電池容量。
磷酸鐵鋰電池的電壓低且范圍窄,可能導致電池在充放電過程中的一致性偏差。例如,當電池剩余電量為60%時,監測到的電壓為3.2V,而當電池剩余電量為30%時,電壓仍然是3.2V,這使得電池管理系統無法準確測算電池剩余電量。
因此,一些車主抱怨他們的純電動車在顯示剩余電量為15%時,突然降到了3%,甚至降至0%。
為了防止電量突然下降導致車輛無法行駛,裝備磷酸鐵鋰電池的車型制造商通常在用戶手冊中建議每3個月或每半年進行一次深度充電放電,要求放電至大約10%的容量。
深度充放電會導致電壓的低位和高位變化,電池管理系統將根據這些變化來估算實際的電池剩余容量。當然,一些三元鋰電池也會采取類似的標準,目的是更準確地估算電池容量。
對于新能源車主來說,使用快充不僅影響電池壽命,還與行車安全相關。一些出租車司機指出,他們的首輛電動車每次都使用快充,3年后發現續航里程比慢充車型少了20公里。
總的來說,與磷酸鐵鋰電池相比,三元鋰電池的主要優勢在于能量密度更高、續航里程更長,并且在低溫環境下充放電性能受影響較小。當氣溫低于-10℃時,三元鋰電池的續航里程衰減約為10%至20%,而磷酸鐵鋰電池的衰減可能超過30%。
然而,三元鋰電池也有明顯的缺點,穩定性較差,循環充電壽命較短。正如前面所提到的,在高溫、高壓環境下,三元鋰電池的活躍度較高,容易發生爆燃。這一點可以在過度充電、激烈撞擊、碰撞以及針刺測試中觀察到,而磷酸鐵鋰電池的穩定性較高。
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