2019年08月21日 | 想买电动车的看看！三元锂电池/磷酸铁锂电池技术解析

最近，双积分政策的改变，让混动车或者说日系混动车有了更好的生存环境。原因在于此前的双积分政策下，混动车跟普通燃油车是一样的地位，不能获得积分，车企如果不够积分需要向其他车企购买；如今政策修改以后，混动车型或者说HEV车型也能获得一定的积分，这对于擅长制造HEV车型的车企带来生机，只有车企通过这些车型生存下来，消费者才有可能购买到好的产品，形成良性循环。

制造HEV车型主要是日系厂家，其中日系厂家主要以丰田和本田为主。丰田早在1998年就开始研发混动技术，最初使用在普锐斯上，如今THS已经发展到第四代，无论是电机还是电池或者是电控都比第一代有长足的进步。车型也从当初的普锐斯发展到今天我们身边的雷凌混动、卡罗拉混动等车型。

电池是我们今天讨论的主要内容，虽然电池技术不断增进，但是电池的材料始终大致是这几种：三元锂电池、镍氢电池、磷酸铁锂电池。丰田在此前的混动车型上几乎都是使用镍氢电池，而我国目前三元锂电池是主流选择，也存在一些磷酸铁锂电池的小部分车型。但丰田最新在中国推出的插电混动雷凌和卡罗拉则转而使用三元锂电池作为电池组单体，个中原因是什么？

长久以来丰田使用的镍氢电池正极物质为氢氧化镍，负极物质为金属氢化物，电解液为6mol/L的氢氧化钾溶液。其中镍氢电池分为高压镍氢电池和低压镍氢电池两种，而我们民用的一般是低压镍氢电池。低压镍氢电池有以下优点：低温性能好，可快速充放电；可密封，耐过充、放电能力强；无树枝状晶体产生，电池内部较为稳定；对环境无污染，记忆效应不明显。

其中，无树枝状晶体生成，对于车辆电池的安全性是相当重要的因素。要知道，很多三元锂电池就是因为锂枝晶的问题导致电池组内部薄膜被刺穿，引起电池短路，进而发生险情，而镍氢电池完全没有这种隐患。此外，无记忆效应也是电池的重要性能指标，由于没有记忆效应，电池能够尽可能保持高性能运作，而不会因为一次两次过度充放电而导致永久性损伤。

此外，混动车的电池一般会在40%-60%之间充放电，普通锂电池的充放周期是500次，性能优异的可以达到2000次，而镍氢电池可以轻松超越这个数字。

此外，镍氢电池有着较好的一致性和安全性，因此在电池的管理上不用使用诸如锂电池上面的各种保护板、平衡装置；而镍氢电池可以将多节电池串联作为同一个部分统一管理，无需对每一节电池单体采集数据，所以在电池管理上能够节省许多部件，成本控制更加出色。

镍氢电池的低温性能比锂电池有优势，虽然同样宣称-30℃-60℃的工作范围，但是低温充电的时候锂电池会出现析锂现象，造成不可逆的伤害，而镍氢电池则没这方面困扰。但是！镍氢电池也不是没有缺点。镍氢电池的能量密度只有40-70Wh/kg，这个数值只有磷酸铁锂电池的一半，三元锂电池的三分之一，能量密度低是镍氢电池没有在中国市场普及的直接原因。

对于PHEV和EV车型来说，对于电池容量的要求较大，镍氢电池的低能量密度不能满足PHEV车型的要求，所以只能使用三元锂电池作为电量储存部件。弊端是需要密切监控电池组的状态，此外，三元锂电池在受到撞击以后会损坏电池隔膜，引起短路，短路会造成电池热失控，并且迅速升温，电池燃烧产生的浓烟对于环境有严重污染，并会对人体的呼吸系统有危害。

上图为腾势500的磷酸铁锂电池组

此外，在新能源汽车发展初期还使用过磷酸铁锂电池。磷酸铁锂电池相比起三元锂电池最大的优势在于安全性高以及较长的循环寿命。由于磷酸铁锂的化学稳定性好，高温稳定性强，700-800℃才会开始发生分解，面对撞击、针刺、短路等极限情况不会释放氧分子，所以不会从内部加剧燃烧，安全性自然比三元锂电池高。

磷酸铁锂电池的缺点在于受温度影响较大，特别是低温情况下，放电能力和容量都会大幅度降低，特别是在东北这种冬天极寒的天气，严重影响车辆的性能。此外，磷酸铁锂电池的能量密度较低，仅计算电池重量的能量密度只有120Wh/kg，如果计算上整个电池组部件，就更加低了，不能达到国务院发布的《节能与新能源汽车产业发展规划》里面提出的“电池模块能量密度要求是大于150Wh/kg”的要求，所以目前磷酸铁锂电池逐渐被三元锂电池取代。

安全性角度排名：镍氢电池>磷酸铁锂电池>三元锂电池

能量密度排名：三元锂电池>磷酸铁锂电池>镍氢电池

关于为什么丰田在HEV车型（普锐斯、凯美瑞混动）使用镍氢电池，在PHEV车型（卡罗拉、雷凌插电混动）上使用三元锂电池？唯一的解释就是镍氢电池不能让车辆达到国家要求的纯电续航里程标准——50km。如果插电混合动力车型不能达到50km的纯电续航里程，那么就不能获得插电混动车专属的新能源牌照，那么最终就会变得毫无意义。

面对三元锂电池车辆事故频发，是否有必要“赶鸭子上架”？过分追求更高的能量密度？虽然严格的法规有助于促进企业的研发能力，提升产品性能，但人民生命安全和产品的性能该如何抉择相信在座各位心中有数。此外，车厂在此背景下应该加强自身产品的监控能力，严格监控好每一块电池的工作状态，将事故扼杀在摇篮之中，这不仅是对车主负责，更是对社会的责任。