三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池是目前新能源汽車常用的兩種動力電池,然而兩種電池在充電和使用方面卻有明顯的不同,在搭載三元鋰電池的車型說明書中,建議車主不要經常充滿,而搭載磷酸鐵鋰電池的車型則要求車主定期充滿,這是為何?
其實,你別看都是鋰電池,但兩種電池在 迴圈壽命、高低溫效能、安全性、成本以及日常養護方面 都有明顯的差異,因而選車時以及買車後都有講究。
從鋰電池的材料內容來說,正極材料的特性很大程度上決定了電池的效能,三元鋰電池正極材料主要是鎳鈷錳酸鋰或鎳鈷鋁酸鋰復合材料,這些元素的組合使得電池具有較高的能量密度,但是,鎳鈷鋁容易受高溫影響,因而高溫環境下電池穩定性略差,容易「熱失控」。
為什麽三元鋰電池要「淺充淺放」,而不建議經常充滿?
充放電過程中,電池中的電子和鋰離子總是不斷在正極和負極之間迴圈流動,但由於三元鋰電池的材料較為活潑,充電時,正極的鋰離子會不斷跑到負極,此時正極一端就可能有一些鎳離子占據了原來鋰離子的位置。
為此,正極材料需要有更多的鋰離子以及用來存放鋰離子的位置,這樣在充電過程中,可以保證鋰離子的數量,也就是保證電池容量穩定,但這樣又帶來了新的問題,在使用高壓快充時,正極的鋰離子會以更快的速度流向負極,在較高的負荷下,負極無法容納足夠多的鋰離子。
如果持續使用高壓快充,負極石墨的間層中沒有足夠多的空間來容納正極的鋰離子,此時這些擱淺在負極的鋰離子就會在負極表面結晶,隨著擱淺的鋰離子數量不斷增多,這就意味著電池容量會不斷減少。
不僅如此,隨著結晶不斷增多,可能導致短路,此時如果電芯急速放電,會產生大量的熱量,時間久了可能燒壞隔膜,同時,高溫還會使電解液分解為瓦斯,超過一定壓力負荷時,就會出現爆燃。
因此,在充電過程中,對充電電壓、充電量有一定要求,也就是說,在充電接近為尾聲時,也就是負極鋰離子快要容納滿的時候,停止充電,要不然負極的鋰離子就會一直增多。
對此,絕大部份車企都將快充的範圍設定為20%-80%,當然也有的可能設定到90%左右,換句話來說,在充電量達到80%,此時負極鋰離子接近飽和,這時候停止快充,使用慢充,本身慢充的電流較小,三元鋰電池不會那麽活躍,也就不會產生較大的熱量。
至於磷酸鐵鋰電池為何要求定期「滿充、滿放」一次,其實也是與其材料內容相關,不一樣的地方在於:滿充的目的是電池管理系統為了校正剩余電池容量。
簡單來說,磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵較為穩固,不容易分解,即便是在高溫或者過充的環境下也不會像鎳鈷鋁那樣容易發熱、不穩定。
本身磷酸鐵鋰電池放電時電壓偏低,而且電壓範圍比較窄,這就可能造成電池充放電過程中一致性偏差,舉個例子:當電池剩余電量為60%,此時系統監測到電壓為3.2V,當電池容量剩余30%,此時電壓仍然是3.2V,也就是說,電池管理系統無法透過電壓來準確測算出電池剩余電量。
這就是為什麽有個別車主吐槽說:自己的純電動車,明明看著剩余電量還有15%,跑了幾百米,突然就掉到3%,甚至掉到0%的原因。
為了預防出現這種突然「掉電」導致在路上趴窩的情況,很多搭載磷酸鐵鋰電池的車型,廠商會在使用者手冊中說明:每隔3個月或者半年進行一次深度充電放電,要求放電至10%左右。
深度充電或者放電,此時電壓就會出現低位、高位變化,進而電池管理系統會根據變化值測算出實際電池剩余容量。當然了,也有的三元鋰電池也會這樣標註,目的都是一樣,為了更準確估算電容量。
對於新能源車主來說,快充不僅與電池壽命有關,還與用車安全有關,有出租車師傅表示,自己第一輛電車每次都使用快充,3年後,發現與使用慢充的車型,續航相差20千米。
總而言之,相比磷酸鐵鋰電池,三元鋰電池的主要優勢在於電池能量密度高,續航更長,低溫環境下充放電效能影響會小一些,當氣溫低於-10℃,三元鋰電池的續航衰減約10%-20%,但磷酸鐵鋰電池可能衰減超過30%。
但是三元鋰電池的缺點也很明顯,穩定性差、迴圈充電壽命略短。前面說過,電池材料在高溫、高壓環境下活躍度很高,超過一定壓力負荷時,很容易出現爆燃,這一點在過充、激烈撞擊、碰撞以及針刺測試中也可以看出來,磷酸鐵鋰電池的穩定性更高。