钜大LARGE | 点击量：429次 | 2023年02月10日
分析国内外动力锂离子电池的比较测试
依据GB/T31484GB/T31485GB/T31486检测标准，分别选取国内外不同材料不同封装形式(软包方形硬壳和圆柱形卷绕)的电池样品进行对标分析，其中包括比较成熟的国内4款磷酸铁锂蓄电池3款三元材料电池和1款锰酸锂材料电池，以及2款日韩系三元材料电池，如下表所示试验对象均为电池模块。
能量密度比较
电池样品的能量密度比较如下表所示可以看出，对标测试的磷酸铁锂离子电池单体能量密度在109～143(Wh)/kg之间，三元及锰酸锂离子电池能量密度在130～195(Wh)/kg之间，F型36Ah软包装三元电池能量密度最高达到194.93(Wh)/kg，J型35Ah锰酸锂离子电池接近130(Wh)/kg总的来说，三元材料电池能量密度高于磷酸铁锂离子电池，国内最好的磷酸铁锂能量密度可以达到143(Wh)/kg。
组成模组后，由于连接件及固定支架的原因，能量密度均有所下降，比能量损失率见上表。其中F型36Ah软包装三元电池模组能量密度损失最大，重要原因是含有散热装置和外壳，且出于模组安全性考量设计的金属外壳材质较厚;A42Ah方形硬壳磷酸铁锂离子电池和E型33Ah方形硬壳三元电池组成模块后能量密度损失最小，重要是未包含模块外壳，无固定装置，仅新增了连接片的重量动力锂电池模块和系统能量密度，是电动汽车能否在未来市场媲美传统燃油汽车的关键未来动力锂电池模块及电池系统轻量化设计，是提高电动汽车续航里程的关键技术。
低温性能比较
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
汽车用动力锂电池的低温性能是制约冬季电动汽车使用效率的瓶颈动力锂电池的低温性能重要受电解液正负极材料等因素的影响在低温环境下，电解液部分溶剂凝固，造成电子迁移困难，电导率降低;离子在电解液中受阻很大，离子迁移缓慢，导致动力锂电池充放电效率降低电池样品的-20℃低温放电性能比较如下图所示可以看出，磷酸铁锂离子电池在-20℃放电曲线差异较大，可以表征为低温下磷酸铁锂离子电池内阻不同D型270Ah方形硬壳磷酸铁锂离子电池放电初始压降最小，低温性能最好三元材料电池的低温放电曲线趋势一致，低温放电性能总体要好于磷酸铁锂材料电池由于不同的低温放电深度各有不同，故H型28Ah软包装三元电池的放电曲线稍短三元材料电池中I型6.3Ah圆柱形卷绕三元电池低温下内阻最大，电压平台低，低温性能最差。
高温性能比较
高温情况下，电池内部离子移动速度增大，浓差极化和电化学极化减轻，极化内阻减小，电池内部化学反应热增大，过分高温会使隔膜发生收缩，电解液发生副反应，造成电池寿命稳定性降低GB/T31486要求电池在室温下充满电，55℃高温下储存5h后评价动力锂电池的放电容量电池样品的高温放电性能比较如图2所示。
可以看出，磷酸铁锂和三元材料电池在高温下放电容量均是初始容量的100%以上在温度高于室温情况下，电池内部热传导率增大，电解液活性增强，内部极化内阻减小，55℃放电容量优于室温放电容量。
充放电倍率特性比较
由图3可以看出，磷酸铁锂和三元材料电池的倍率放电容量均在96.7%以上，其中B型50Ah方形硬壳磷酸铁锂离子电池以8C放电电流放电，放电容量是初始容量的99.6%按照GB/T31486的要求，动力锂电池充放电倍率检测只进行一次倍率评价，而高倍率循环对电池寿命的影响还需进一步测试目前，GB/T标准未对倍率循环后的能量衰减做出要求，无法量化考核大电流冲击对电池循环寿命的影响，这一点还有待完善图4中磷酸铁锂和三元材料电池的充电倍率性能均高于国标要求的初始能量的80%以上在选型的10个样品中，磷酸铁锂离子电池的充电倍率特性要优于三元材料电池锂离子电池的充放电倍率特性决定了可以以多大的速度将能量存储在电池里;或者以多大的速度将能量从电池中释放出来倍率指标是电池能否作为车用能源系统的关键锂离子电池的充放电倍率性能，与锂离子在正负极电解液以及它们在界面的迁移能力和电池内部散热速率有关。因此，想要提高和改善充放电倍率特性，要从锂离子迁移速率和散热速率两方面着手，重要方法有:（1）提高正负极锂离子扩散能力;（2）提高电解质离子电导率；（3）降低电池内阻;（4）电池内部热场均衡。
存储性能比较
GB/T31486要求动力锂电池模块充满电，室温下以1C放电30min后，在452℃下储存28天，评价电池的容量恢复能力电池样品储存性能比较如图5所示。
可以看出，经过28天的储存后，大部分电池容量恢复率在97%以上，部分磷酸铁锂离子电池和三元电池的恢复率高于电池初始容量。
目前国外以三元材料动力锂电池为主，国内磷酸铁锂和三元材料动力锂电池均有成熟产品对标测试研究表明，虽然三元材料能量密度优于磷酸铁锂材料，但国内较好的磷酸铁锂离子电池的能量密度也能达到143(Wh)/kg;在低温特性方面，磷酸铁锂材料电池的低温性能要劣于三元材料电池，充电倍率特性要优于三元材料电池;但是，动力锂电池由单体组成模块后，能量密度损失较大;GB/T标准缺少高倍率循环对电池容量衰减的考核，这一点还要进一步完善。锂离子电池分为锂离子电池和锂离子电池，锂离子电池是采用金属锂或者锂合金来做负极材料，使用非水电解质溶液的电池；而锂离子电池是一种二次电池（充电电池），它重要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。我们通常说的锂离子电池，其实是锂离子电池，我们今天也就重要介绍锂离子电池。目前市场上锂离子电池分为三大类：
1、三元锂离子电池：三元聚合物锂离子电池是指正极材料使用锂镍钴锰三元正极材料的锂离子电池，锂离子电池的正极材料有很多种，重要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。三元材料综合了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂三类材料的优点，具有容量高、成本低、安全性好等优异特性，其在小型锂电中逐步占据一定的市场份额，并在动力锂电领域具有良好的发展前景，目前此类电池在工业车辆市场所占比重最大。
三元锂离子电池
2、锰酸锂：锰酸锂是较有前景的锂离子正极材料之一，相比钴酸锂等传统正极材料，锰酸锂具有资源丰富、成本低、无污染、安全性好、倍率性能好等优点，是理想的动力锂电池正极材料，但其较差的循环性能及电化学稳定性却大大限制了其产业化。锰酸锂重要包括尖晶石型锰酸锂和层状结构锰酸锂，其中尖晶石型锰酸锂结构稳定，易于实现工业化生产，如今市场产品均为此种结构。尖晶石型锰酸锂属于立方晶系，Fd3m空间群，理论比容量为148mAh/g，由于具有三维隧道结构，锂离子可以可逆地从尖晶石晶格中脱嵌，不会引起结构的塌陷，因而具有优异的倍率性能和稳定性。
3、磷酸铁锂：磷酸铁锂作为锂动力锂电池材料是近几年才出现的事，国内开发出大容量磷酸铁锂离子电池是2005年。其安全性能与循环寿命是其它材料所无法相比的，这些也正是动力锂电池最重要的技术指标。1C充放循环寿命达2000次。单节电池过充电压30V不燃烧，穿刺不爆炸。磷酸铁锂正极材料做出大容量锂离子电池更易串联使用，以满足电动汽车频繁充放电的要。磷酸铁锂具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、价格便宜，寿命长等优点，是新一代锂离子电池的理想正极材料。
