作为近两年比三元锂电池更受宠的磷酸铁锂电池,其产量和装车量已经领先三元锂电池。
数据显示,2022年上半年,我国动力电池累计装车量110.1GWh,累计同比增长109.8%。其中三元电池累计装车量45.6GWh,占总装车量41.4%,累计同比增长51.2%;磷酸铁锂电池累计装车量64.4GWh,占总装车量58.5%,累计同比增长189.7% 。
部分车企也采用磷酸铁锂电池装载在入门版车型之上,达到降低基础款售价的目的。然而,尽管在比亚迪、宁德时代等企业在磷酸铁锂电池方面做出诸多技术贡献,但是磷酸铁锂电池似乎比三元锂电池更加怕冷。
据特斯拉Model 3后驱版本(即磷酸铁锂电池版本)车主表示,冬季充满电表显续航460公里,实际跑了260公里就只剩5%的电量,具体算下来磷酸铁锂版本的特斯拉Model 3在冬季续航打了六折的样子。
无独有偶,采用刀片电池的比亚迪汉EV,因刀片是特殊设计加强版本的磷酸铁锂电池,表现稍好一些。根据测试,在零上5-10摄氏度的天气下,充满电表显续航605Km,实际行驶下来续航里程在400Km的样子。换算下来实际续航约等于理论续航的七折。
那么为什么磷酸铁锂电池冬季续航表现不如三元锂电池,更加怕冷呢?
无论是使用镍钴锰的三元锂还是磷酸铁锂作电池正极,其都是进行的电化学反应,材料的化学特性无法改变。就像比亚迪的刀片, 即使将常规电池的圆柱形态改成了长方形的刀片状,其本质还是磷酸铁锂电池,能量密度只有140-160Wh/kg,比三元锂电池的220Wh/kg还是相差不少。
从化学上来分析磷酸铁锂的化学结构,其是正交晶系橄榄石型结构,氧原子呈六方紧密堆积排列。PO43-四面体和FeO6八面体构成晶体的空间骨架,Li和Fe占据八面体空隙,而P占据四面体空隙,其中Fe占据八面体的共角位置,Li占据八面体的共边位置。1个FeO6八面体与2个LiO6八面体和1个PO43-四面体共棱。这样的结构使得锂离子在充放电时可以自由移动。
根据高中化学知识,磷酸铁锂中的P-O共价键的键能很大,所以其高温情况下稳定性很好,电池耐久性也更好。
数据显示,磷酸铁锂的耐高温性在温度达到500°C左右也不会把P-O共价键破坏释放出氧气来。在充满电的状态下,磷酸铁锂电池要700°C左右才会发生热分解,这也是为什么基于磷酸铁锂打造的刀片电池在经过针刺测试后依然没有起火自燃的原因。
另外,磷酸铁锂在锂离子脱嵌时,自身晶体稳定性强不会重新排列,具有良好的可逆性与循环性。这个特性让能量型磷酸铁锂电池的循环寿命可长达3000-4000次,倍率型磷酸铁锂电池的循环甚至可达上万次。
磷酸铁锂因为其结构中相邻的FeO6八面体通过共顶点连接,这种结构使得其导电率低;同时,三维空间网状橄榄石结构的磷酸铁锂形成了一维的锂离子传输通道,限制了锂离子的扩散。因此,在低温环境下,磷酸铁锂材料活性降低,能够发生移动的锂离子数量减少。故而磷酸铁锂电池在低温情况表现不佳,续航衰减相比三元锂电池更多。
三元锂电池更怕热,磷酸铁锂电池更怕冷,二者都没有绝对的优势。目前业界通过续航和售价而将车型定位进行区分,这也让磷酸铁锂会在中低端产品上复活回暖。