三元锂电池和磷酸铁锂电池是目前新能源车广泛采用的两种锂电池,其中使用三元锂电池的车辆用户手册里都会告知用户在日常使用中如果不是要跑长途,那么尽量不要将电池充满,而是充至80%为宜。而磷酸铁锂车型的用户手册里则会告知用户最好每周将电池彻底充满一次。
都是锂电池,为什么在使用中却有这么显著的差异呢?
要弄清这个问题,首先我们先来了解磷酸铁锂电池和三元锂电池的区别。

1.正极材料不同
磷酸铁锂电池的正极材料是磷酸铁锂,它是一种无机化合物,化学式为 LiFePO4。磷酸铁锂具有安全性高、循环寿命长等优点。
三元锂电池的正极材料则是三元材料,即镍钴锰酸锂(LiNiCoMnO2)。三元材料是一种由镍、钴、锰三种元素组成的金属氧化物,它具有能量密度高、放电平台稳定等优点。
2. 能量密度不同
三元锂电池的能量密度相对较高,一般在 150-200Wh/kg 之间,这意味着在相同的体积或重量下,三元锂电池可以存储更多的电能,因此它可以提供更长的续航里程。
而磷酸铁锂电池的能量密度则相对较低,一般在 100-150Wh/kg 之间。虽然磷酸铁锂电池的能量密度较低,但它具有其他优点,例如安全性高、循环寿命长等。
3. 循环寿命不同
磷酸铁锂电池的循环寿命相对较长,一般可以达到 2000 次以上,有些甚至可以达到 5000 次以上。这意味着磷酸铁锂电池在经过多次充放电循环后,仍然能够保持较高的容量和性能,因此它的使用寿命更长。
而三元锂电池的循环寿命则相对较短,一般在 1000 次左右。虽然三元锂电池的循环寿命较短,但它具有其他优点,例如能量密度高、放电平台稳定等。因此,三元锂电池更适合需要高能量密度和高性能的应用场景。
4. 安全性不同
磷酸铁锂电池在充放电过程中不会产生氧气,因此其安全性相对较好。而三元锂电池的正极材料镍钴锰酸锂在充放电过程中会产生氧气,这使得三元锂电池在某些情况下容易发生火灾等安全事故。
磷酸铁锂电池的正极材料磷酸铁锂是一种非常稳定的化合物,其热稳定性和化学稳定性都很高,因此在充放电过程中不易产生氧气。此外,磷酸铁锂电池还采用了特殊的电池管理系统,可以对电池的温度、电流和电压等参数进行实时监测和控制,以确保电池的安全运行。

为什么三元锂不建议充满
这主要和正极材料的特性有关。锂电池本质上就是靠锂离子和电子的来回移动产生电流并储存电量的。充电时电子和锂离子从正极脱出,来到负极。放电时锂离子和电子从负极脱出,来到正极。如果充电时锂离子流向正极,放电时正极仍然保留着锂离子的位置,那么电池的容量就很难衰减。如果充电时锂离子流向正极,但其空位被其他物质占据了,那么放电的时候正极有一部分锂离子就无处可去,这就会导致电池容量衰减。
而三元锂电池正极材料不稳定,其中的二价镍离子和锂离子直径接近,在充电的时候锂离子都跑向负极,此时有一些镍离子就可能占据锂离子的位置,导致电池容量衰减。
所以在设计电池的时候三元锂电池正极材料的数量会多于负极材料,简单来说就是提供更多的锂离子以及存放锂离子的空间,这样可以保证容量的稳定。但这样又带来了一个新的问题,那就是充电时负极没那么多空间来容纳电池中所有锂离子。这就要求充电时必须谨慎,应该在负极容纳满锂离子后就及时停止充电,不然锂离子继续向负极移动,而负极已经没有位置容纳它们,此时锂离子就会结晶,轻则影响寿命,重则刺穿隔膜导致短路,引发危险。所以每次充电尽量不充满有利于降低这种风险。
磷酸铁锂电池为何要定期充满?
因为电池电压是电池管理系统判断电池包电量的重要依据,而磷酸铁锂电池工作电压范围特别窄,而且在很大的范围内其电压随容量的变化幅度非常小。比如电池电量30%和60%的状态下电压可能都是一样的,这个特性会让电池管理系统抓狂的,它根本无法通过电压去判断电池容量。所以需要定期充满电,让电池管理系统去校准电量。
而且磷酸铁锂电池的正极材料分子排布很紧密,这使得其稳定性很高,但也限制了锂离子移动速度,从而导致能量密度不高。但由于稳定性高,充电时锂离子流向负极后正极不会有其他物质占据锂离子的位置,所以其寿命更长,而且不像三元锂电池那样对过度充电十分敏感。
所以假如你买了新能源车,那么在充电的时候一定要弄清楚车辆使用的是何种电芯,最好仔细翻阅一下用户手册,按照提示去给电池充电,这样才能最大程度提高电池的寿命。
磷酸铁锂电池占据风头
为了提升市场份额,新能源汽车制造商需要进一步降低成本。而在当前的市场背景下,动力电池技术的革新成为了降低成本的关键。在动力电池领域,磷酸铁锂电池的崛起已成为不争的事实。尽管在性能上,磷酸铁锂电池曾被认为在续航和充电速度方面不及三元锂电池,但其在成本和安全性上的优势使其越来越受到市场的青睐。

统计数据显示,自2021年起,磷酸铁锂电池的市场占有率就已超过三元锂电池,并在2023年达到了68%的惊人数字。这一变化背后,是对成本控制和安全性需求的综合反应。动力电池成本在新能源汽车制造总成本中占比极高,因此,电池价格的下降直接影响着整车价格。
在动力电池成本上,虽然三元锂电池由于原材料价格的下降有所降低,但仍高于磷酸铁锂电池。宁德时代等电池制造巨头的策略也在发生变化,他们开始加大对磷酸铁锂电池的研发和生产,以应对市场需求的转变。
而在高端市场上,一些误解也被逐渐纠正。比如,原先被认为只能应用于低端车型的磷酸铁锂电池,如今也被装载在诸如比亚迪仰望U8这样的豪华车型上。这说明磷酸铁锂电池在技术上的进步,其在续航和充电效率上的不足,正在通过技术创新得到解决。
技术创新还体现在比亚迪刀片电池的使用和"双枪充电"方案上,这些创新有效缩小了磷酸铁锂电池与三元锂电池在充电速度上的差距。这些进步不仅增强了磷酸铁锂电池的市场竞争力,也为新能源汽车市场的整体发展提供了动力。
尽管磷酸铁锂电池的市场前景看好,但这并不意味着三元锂电池就此退出历史舞台。三元锂电池在能量密度和低温性能上仍有其独特优势。目前,三元锂电池的技术进步和成本下降正在不断发展中。未来,如果三元锂电池的成本问题得到有效解决,市场格局可能再次发生变化。此外,钠离子电池和石墨烯电池等新兴技术虽然还在起步阶段,但也不容忽视,这些新技术的发展有可能为新能源汽车市场带来新的革命。