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五种正极材料在动力电池的性能比较

2015-06-26 09:14
龙凰
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  电池制造商正在大力推广电动汽车,如果他们不成功,将会发生什么呢?可能像20世纪90年代迅猛发展的燃料电池或过去十年发展起来的生物燃料一样,如果没有政府的大力补贴就无法生存下来。美国能源部也承认,锂电池的一些关键参数无法满足需求。较新的镍氢电池,比锂电池更便宜、更安全,也更适用于电动动力系统,但由于研究较为成熟,研究工作无法得到政府资助。

  电动动力系统中没有理想的竞争者,因此锂电池仍然是一个很好的选择。图1示出了5种备选电池,其中锂镍锰钴(NMC)电池、磷酸锂电池和锂锰电池具有一定的优越性。在消费类电子产品中最流行的钴酸锂电池(未列出)这种最高的能量密度的“电脑电池”虽然被特斯拉和Smart Fortwo ED用作电动车的电源,但由于其高昂的价格等劣势并不适合大量应用的在一般电动车中。人们需要在安全性、比能量、成本和高温性能等方面做出折衷的选择。

图1 电动车电池 挑战、机遇及2020年展望

  注:在轴线上形状越向外延伸,电池就越好。

  图1比较了5种电池在安全性、比能量(也称为容量)、比功率(电池的大倍率充放电的能力)、电池的高低温性能、寿命(包括使用寿命和储存寿命)以及成本6个指标的性能。但图中没有提及充电时间,如果有合适的电源插座可用,电动汽车动力系统的所有电池都可以快速充电,超快速充电是个例外情况,不过大多数用户还是能够接受几个小时的充电时间的。图1 也没有列出自放电性能——这是另一个需要重视的电池特性,在一般情况下,锂电池自放电速率较低,如果电池是新的,自放电几乎可以忽略不计。然而,因受热引起的电池的老化会加速电池的自放电并引起电池管理上的问题。在电动汽车可选的电池类型中,磷酸锂电池比其他电池系统自放电速率都高。

  图1中的五种电池的性能图虽然不完全一样,但是却比较相似,没有一种电池可以脱颖而出。 例如,NCA虽然具有高容量,但是在安全方面却不敌磷酸锂电池,但磷酸锂电池容量很低。没有完美的电池,汽车制造商就通过设计电池组合来弥补某方面性能的不足。因此电池制造商一般是根据订单要求来设计电池,强化应用所需的重要特性。下面是一个电动动力系统中电池的几个重要指标。

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