比亞迪與寧德時(shí)代交鋒：一文看懂刀片電池、三元鋰電池的優(yōu)劣勢(shì)

時(shí)間:2020-07-07 11:58來(lái)源:職愿科波拉汽車學(xué)院 作者:綜合報(bào)道
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       2020年，一根鋼針將比亞迪和寧德時(shí)代之間的 “戰(zhàn)爭(zhēng)” 徹底擺在了臺(tái)前。
 
       不久前，比亞迪公開發(fā)布刀片電池順利通過(guò)“針刺測(cè)試”，結(jié)果顯示：三元鋰電池在針刺后迅速冒煙、劇烈燃燒，而刀片電池?zé)o明顯變化，發(fā)熱極其輕微。隨后，寧德時(shí)代也多次發(fā)布自家三元鋰電池包針刺測(cè)試視頻，來(lái)證明自己同樣能夠?qū)崿F(xiàn)針刺的技術(shù)。
 
       從此，以比亞迪和寧德時(shí)代為代表的磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池路線之爭(zhēng)烽火再起，開始了你來(lái)我往的 “隔空互撕” 。
 
       那么，刀片電池和三元鋰電池到底有哪些優(yōu)缺點(diǎn)足以讓兩大企業(yè) “開戰(zhàn)” ？現(xiàn)有的動(dòng)力電池在整體性能上又表現(xiàn)如何，有什么優(yōu)缺點(diǎn)呢？
 
       今天，我們就一起來(lái)分析一下。
 
       01
 
       動(dòng)力電池的定義
 
       在分析優(yōu)缺點(diǎn)之前，我們需要先了解一下動(dòng)力電池的定義和工作原理：
 
       什么叫動(dòng)力電池呢？動(dòng)力電池是指為工具提供動(dòng)力來(lái)源的蓄電池，我們生活中常見的電動(dòng)汽車、電動(dòng)自行車用的都是蓄電池。
 
       一輛電動(dòng)汽車的好壞取決于動(dòng)力電池的質(zhì)量，而動(dòng)力電池的好壞，也有幾個(gè)主要指標(biāo)：比能量、能量密度、比功率、循環(huán)壽命和成本。一輛電動(dòng)汽車要想與燃油汽車來(lái)一場(chǎng)綜合 PK ，關(guān)鍵就是要看它是否擁有比能量高、比功率大、使用壽命長(zhǎng)的高效電池。
 
       什么是比能量、比功率呢？
 
       比能量是指電池單位質(zhì)量所能輸出的電能，單位是Wh/kg。通俗一點(diǎn)就是吃了這個(gè)饅頭，你能跑多久。
 
       比功率是描述電池在瞬間放出能量的能力，單位是W/kg。
 
       比能量高的動(dòng)力電池就像龜兔賽跑里的烏龜，耐力好，可以長(zhǎng)時(shí)間工作，續(xù)航里程也長(zhǎng)。
 
       而比功率高的動(dòng)力電池就像百米賽跑里的博爾特，速度快，能提供很高的瞬間電流，來(lái)保證汽車的加速。
 
       我們知道了電池好壞的標(biāo)準(zhǔn)，那么它是怎么發(fā)電讓車跑起來(lái)呢？
 
       02
 
       動(dòng)力電池工作原理
 
       因?yàn)楝F(xiàn)在大部分電動(dòng)汽車都是用的鋰離子電池，在這里，我們也以鋰離子電池的工作原理為例進(jìn)行分析：
 
       鋰離子電池有多層結(jié)構(gòu)，主要包含正極材料、負(fù)極材料、電解液、隔膜等。鋰離子就像一個(gè)調(diào)皮的孩子，每天在正負(fù)極之間的來(lái)回地進(jìn)去再出來(lái)，這樣就完成了電能的儲(chǔ)存和釋放。
鋰離子電池工作原理圖（圖源網(wǎng)絡(luò)）
 
       電池充電時(shí)，正極材料中的鋰離子跑出來(lái)，穿過(guò)隔膜進(jìn)入到負(fù)極石墨中；電池放電時(shí)，鋰離子又從負(fù)極石墨中跑出來(lái)，跨過(guò)千山萬(wàn)水再回到正極中。隨著不斷地充放電，鋰離子就不斷的從正極和負(fù)極中進(jìn)入和脫出。
 
       這樣，一輛電動(dòng)汽車就能充滿電出去兜風(fēng)了。
 
       以上這個(gè)案例講解的是化學(xué)電池在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用，其實(shí)按照能量來(lái)源的不同，動(dòng)力電池可以分為物理電池、化學(xué)電池和生物電池三種。
 
       然而，到目前為止，只有化學(xué)電池被廣泛地應(yīng)用于電動(dòng)汽車中，因此我們常見的動(dòng)力電池工作原理都基本類似，只不過(guò)正負(fù)極材料不同罷了。
       03
 
       常見電池的優(yōu)缺點(diǎn)
 
       了解了上述的主要指標(biāo)和工作原理 , 接下來(lái)就可以一起來(lái)看看常見動(dòng)力電池鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池的區(qū)別和優(yōu)缺點(diǎn)了。
 
       鉛酸蓄電池
 
       鉛酸蓄電池是一種電極由鉛及其氧化物制成，硫酸溶液為電解液的蓄電池。
 
       在比能量方面：它的比能量低，也就是說(shuō)一次充電行駛里程短，充電時(shí)間長(zhǎng)。
 
       使用壽命方面：使用壽命短，一般使用壽命為2年，日常維護(hù)也比較頻繁。
 
       工作電壓：除鋰離子電池外，在常用的蓄電池里，鉛酸蓄電池的電壓可能是最高的，為2.0v，比鎳氫電池都要高。
 
       除此之外，鉛酸蓄電池具有電壓穩(wěn)定、價(jià)格便宜、高倍率放電性能良好、高低溫性能良好等特點(diǎn)。但是鉛酸蓄電池的比能量低，壽命短，并且鉛對(duì)環(huán)境有很大的污染。比如我們生活中用到的手電筒、電動(dòng)輪椅等，都在運(yùn)用鉛酸蓄電池。
 
       鎳氫電池
 
       鎳氫電池是一種性能良好，以活性物質(zhì)氫氧化鎳作為電池正極的蓄電池。
 
       與鉛酸蓄電池相比，鎳氫電池的比能量和比功率都很高：目前商業(yè)化的鎳氫功率型電池能做到1350W/kg。
 
       循環(huán)壽命也更長(zhǎng)，可循環(huán)次數(shù)達(dá)到1000次以上，是鉛酸蓄電池的3倍以上。
 
       此外，鎳氫電池還是無(wú)污染電池。綜合來(lái)看，鎳氫電池整體要比鉛酸蓄電池優(yōu)秀很多。與鋰離子電池相比，鎳氫電池電流大、價(jià)格成本低、具有耐過(guò)充過(guò)放的好性能。
 
       鎳氫電池就像一個(gè)不偏科成績(jī)中上等的孩子，有些地方可能不及別人，但整體來(lái)說(shuō)還是很穩(wěn)的。以豐田Prius 為代表的HEV車型正是應(yīng)用了這一動(dòng)力電池，良好的性能才獲得了普遍的市場(chǎng)認(rèn)可。
 
       鋰離子電池
 
       鋰離子電池是指采用含有鋰元素的材料作為電極的蓄電池。比如特斯拉Model 3 、比亞迪 E6 使用的磷酸鐵鋰電池以及Model S 的三元鋰電池等等，都是鋰離子電池作為動(dòng)力源的新能源汽車。
 
       與鎳氫電池相比，鋰離子電池工作電壓高，比能量高，循環(huán)壽命也更長(zhǎng)，可達(dá)6年以上。鋰離子電池的工作電壓為3.7v，是鎳氫電池的3倍。鋰離子電池的比能量已達(dá)到150 Wh/kg，是鎳氫電池的1. 5倍左右。目前，鋰離子電池的循環(huán)壽命已達(dá)到1000次以上，在低放電深度情況下可以達(dá)到幾萬(wàn)次。
 
       鋰離子電池的整體性能要比鎳氫電池好很多，但鋰離子電池的成本很高，并且還必須要有特殊的保護(hù)電路來(lái)防止電池過(guò)放過(guò)充，這一點(diǎn)還不如前面的鎳氫電池。
       比亞迪和寧德時(shí)代的明爭(zhēng)暗斗，正是展開在鋰離子電池領(lǐng)域。刀片電池采用的是磷酸鐵鋰電池，其在高溫條件下或過(guò)充時(shí)安全性非常高，可快速充電，高放電功率，無(wú)記憶效應(yīng)，循環(huán)壽命高，缺點(diǎn)為低溫性能差，能量密度較低。而三元鋰電池的能量密度高，低溫性能優(yōu)異，電壓平臺(tái)高，續(xù)航里程長(zhǎng)，輸出功率較大，但高溫穩(wěn)定性差，安全性不如刀片電池，造價(jià)也比較高。
 
       刀片電池與三元鋰電池的競(jìng)爭(zhēng)相當(dāng)于在“安全性能”與“續(xù)航里程”上做選擇，而這兩點(diǎn)都是市場(chǎng)的痛點(diǎn)，更是人們購(gòu)車時(shí)的第一考量。
 
       綜合來(lái)說(shuō)，鋰離子電池整體性能高于鎳氫電池，鎳氫電池又高于鉛酸蓄電池。除此之外 , 還有一種理想燃料 --- 氫燃料電池，是將氫這種化學(xué)元素轉(zhuǎn)換成電能的電池。這種電池具有無(wú)污染、無(wú)噪音、高效率的優(yōu)點(diǎn)，整體性能將高于以上所有動(dòng)力電池 , 但成本卻是普通汽油機(jī)的近100倍。其實(shí)，每一種電池總有一些瑕疵，限制它的使用和發(fā)展，但隨著未來(lái)科技的不斷發(fā)展，相信這些瑕疵很快都會(huì)被解決，助力新能源汽車的快速發(fā)展，為人類帶來(lái)更多的便利與舒適。
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
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