三元锂电池,电动车的春天还需要等待下一个突破点的出现

三元锂电池,如今已然成为了新能源汽车市场的绝对主角。它把汽车电池里的能量储存问题解决得近乎完美。现在的车子主要依靠“三电”系统来运行,分别是电机、电池和电控。其中,电池的责任是把电存好,电机把电用掉,而电控则是把两者协调好。 市面上的主流电池有两种,分别是三元锂(NCA和NCM)和磷酸铁锂。三元锂的优势在于能量密度高,因此广泛应用于乘用车领域。磷酸铁锂则因为稳定性好,主要用在商用货车和储能设备中。 三元锂电池内部的工作原理就是让锂离子来回流动来产生能量。充电时,给电池接上220V的市电后,锂离子就像脱缰的野马一样从正极出发,穿过电解液和隔膜来到负极,并嵌入碳材料中。这时正极带负电而负极带正电,导致电压升高,电池就充满电了。放电时,踩下油门后把锂离子赶回到正极去,电流就顺着导线流到电机上让车子动起来。 快充和慢充的区别在于锂离子移动的速度和数量不同。快充就像是给锂离子安上了大功率推进器,让它们迅速涌入负极;而慢充则像是小船慢悠悠地划动。虽然慢充温和但耗时较长。 然而,快充也带来了一些问题。推进器一多就会有锂离子同时撞到负极门口导致失去活性变成“死锂”。随着时间的推移,“死锂”堆积成“锂枝晶”,刺破隔膜会引发内部短路甚至自燃事故。 低温环境下电解液会变得黏稠甚至凝固起来,使得锂离子移动受阻增大内阻。系统为了维持运转需要消耗更多的电量而真正供给电机的能量减少了导致续航里程大幅下降。 为了安装到车里使用需要把单体电芯组装成模块或PACK。目前市面上主流的三种电芯分别是方形硬壳、圆柱和软包。 方形硬壳电芯是绝大多数车型选择的主流方案。这种方案空间利用率高容易突破180Wh/kg能量密度;而且供应商多采购成本低。但它每个电芯都要穿硬壳所以重量较重;对冷却系统要求也比较高。 宁德时代推出的CTP技术通过把电芯直接集成进PACK中节省了外壳体积利用率提升15%—20%零件减少40%能量密度也突破了200Wh/kg以上。 圆柱电芯以特斯拉为代表已经发展得非常成熟。单体能量密度已经达到300Wh/kg循环寿命也比较长良品率甚至可以达到98%。 但它也有缺点数量庞大特斯拉Model 3曾经装过7000多节18650BMS管控难度非常大; 软包电芯看起来像手机电池一样柔软外壳是铝塑膜重量比方形轻20%容量高50%理论能量密度最高; 这种方案可以模块化定制形状自由且不易发生内部短路扩散; 但铝塑膜强度低需要额外保护热管理复杂工艺门槛高主要由日韩垄断采购价也比较贵。 尽管三元锂电池目前表现不错但是它已经接近理论极限了想继续提升续航里程还需要依赖固态电池、刀片电池等新技术或者800V高压平台、车网互动和换电模式的完善否则电动车真正的春天还需要等待下一个突破点的出现才能到来。