【導(dǎo)讀】依據(jù)GB/T31484GB/T31485GB/T31486檢測標(biāo)準(zhǔn)，分別選取國內(nèi)外不同材料不同封裝形式(軟包方形硬殼和圓柱形卷繞)的電池樣品進(jìn)行對(duì)標(biāo)分析，其中包括比較成熟的國內(nèi)4款磷酸鐵鋰蓄電池3款三元材料電池和1款錳酸鋰材料電池，以及2款日韓系三元材料電池。
如下表所示試驗(yàn)對(duì)象均為電池模塊：
能量密度對(duì)比
電池樣品的能量密度對(duì)比如下表所示可以看出，對(duì)標(biāo)測試的磷酸鐵鋰電池單體能量密度在109～143(Wh)/kg之間三元及錳酸鋰電池能量密度在130～195(Wh)/kg之間，F(xiàn)型36Ah軟包裝三元電池能量密度最高達(dá)到194.93(Wh)/kg，J型35Ah錳酸鋰電池接近130(Wh)/kg總的來說，三元材料電池能量密度高于磷酸鐵鋰電池，國內(nèi)最好的磷酸鐵鋰能量密度可以達(dá)到143(Wh)/kg。
組成模組后，由于連接件及固定支架的原因，能量密度均有所下降，比能量損失率見上表。其中F型36Ah軟包裝三元電池模組能量密度損失最大，主要原因是含有散熱裝置和外殼，且出于模組安全性考量設(shè)計(jì)的金屬外殼材質(zhì)較厚；A42Ah方形硬殼磷酸鐵鋰電池和E型33Ah方形硬殼三元電池組成模塊后能量密度損失最小，主要是未包含模塊外殼，無固定裝置，僅增加了連接片的重量動(dòng)力電池模塊和系統(tǒng)能量密度，是電動(dòng)車能否在未來市場媲美傳統(tǒng)燃油汽車的關(guān)鍵未來動(dòng)力電池模塊及電池系統(tǒng)輕量化設(shè)計(jì)，是提高電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程的關(guān)鍵技術(shù)。
低溫性能比較
汽車用動(dòng)力電池的低溫性能是制約冬季電動(dòng)車使用效率的瓶頸動(dòng)力電池的低溫性能主要受電解液正負(fù)極材料等因素的影響在低溫環(huán)境下，電解液部分溶劑凝固，造成電子遷移困難，電導(dǎo)率降低；離子在電解液中受阻很大，離子遷移緩慢，導(dǎo)致動(dòng)力電池充放電效率降低電池樣品的-20℃低溫放電性能比較如下圖所示可以看出，磷酸鐵鋰電池在-20℃放電曲線差異較大，可以表征為低溫下磷酸鐵鋰電池內(nèi)阻不同D型270Ah方形硬殼磷酸鐵鋰電池放電初始?jí)航底钚?，低溫性能最好三元材料電池的低溫放電曲線趨勢一致，低溫放電性能總體要好于磷酸鐵鋰材料電池由于不同的低溫放電深度各有不同，故H型28Ah軟包裝三元電池的放電曲線稍短三元材料電池中I型6.3Ah圓柱形卷繞三元電池低溫下內(nèi)阻最大，電壓平臺(tái)低，低溫性能最差。
高溫性能對(duì)比
高溫情況下，電池內(nèi)部離子移動(dòng)速度增大，濃差極化和電化學(xué)極化減輕，極化內(nèi)阻減小，電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)熱增大，過分高溫會(huì)使隔膜發(fā)生收縮，電解液發(fā)生副反應(yīng)，造成電池壽命穩(wěn)定性降低GB/T31486要求電池在室溫下充滿電，55℃高溫下儲(chǔ)存5h后評(píng)價(jià)動(dòng)力電池的放電容量電池樣品的高溫放電性能比較如圖2所示。
可以看出，磷酸鐵鋰和三元材料電池在高溫下放電容量均是初始容量的100%以上在溫度高于室溫情況下，電池內(nèi)部熱傳導(dǎo)率增大，電解液活性增強(qiáng)，內(nèi)部極化內(nèi)阻減小，55℃放電容量優(yōu)于室溫放電容量。
充放電倍率特性對(duì)比
GB/T31486以動(dòng)力電池在3C電流強(qiáng)度放電來考核其放電倍率；以2C電流強(qiáng)度充電，且充電時(shí)長控制在30min內(nèi)，來考核電池的充電倍率特性。放電倍率特性對(duì)比如圖3所示；充電倍率特性對(duì)比如圖4所示。
由圖3可以看出，磷酸鐵鋰和三元材料電池的倍率放電容量均在96.7%以上，其中B型50Ah方形硬殼磷酸鐵鋰電池以8C放電電流放電，放電容量是初始容量的99.6%按照GB/T31486的要求，動(dòng)力電池充放電倍率檢測只進(jìn)行一次倍率評(píng)價(jià)，而高倍率循環(huán)對(duì)電池壽命的影響還需進(jìn)一步測試目前，GB/T標(biāo)準(zhǔn)未對(duì)倍率循環(huán)后的能量衰減做出要求，無法量化考核大電流沖擊對(duì)電池循環(huán)壽命的影響，這一點(diǎn)還有待完善圖4中磷酸鐵鋰和三元材料電池的充電倍率性能均高于國標(biāo)要求的初始能量的80%以上在選型的10個(gè)樣品中，磷酸鐵鋰電池的充電倍率特性要優(yōu)于三元材料電池鋰離子電池的充放電倍率特性決定了可以以多大的速度將能量存儲(chǔ)在電池里；或者以多大的速度將能量從電池中釋放出來倍率指標(biāo)是電池能否作為車用能源系統(tǒng)的關(guān)鍵鋰離子電池的充放電倍率性能，與鋰離子在正負(fù)極電解液以及它們?cè)诮缑娴倪w移能力和電池內(nèi)部散熱速率有關(guān)。因此，想要提高和改善充放電倍率特性，要從鋰離子遷移速率和散熱速率兩方面著手，主要方法有:（1）提高正負(fù)極鋰離子擴(kuò)散能力；（2）提高電解質(zhì)離子電導(dǎo)率；（3）降低電池內(nèi)阻；（4）電池內(nèi)部熱場均衡。
存儲(chǔ)性能對(duì)比
GB/T31486要求動(dòng)力電池模塊充滿電，室溫下以1C放電30min后，在45±2℃下儲(chǔ)存28天，評(píng)價(jià)電池的容量恢復(fù)能力電池樣品儲(chǔ)存性能對(duì)比如圖5所示。
可以看出，經(jīng)過28天的儲(chǔ)存后，大部分電池容量恢復(fù)率在97%以上，部分磷酸鐵鋰電池和三元電池的恢復(fù)率高于電池初始容量。
小結(jié)
目前國外以三元材料動(dòng)力電池為主，國內(nèi)磷酸鐵鋰和三元材料動(dòng)力電池均有成熟產(chǎn)品對(duì)標(biāo)測試研究表明，雖然三元材料能量密度優(yōu)于磷酸鐵鋰材料，但國內(nèi)較好的磷酸鐵鋰電池的能量密度也能達(dá)到143(Wh)/kg；在低溫特性方面，磷酸鐵鋰材料電池的低溫性能要劣于三元材料電池，充電倍率特性要優(yōu)于三元材料電池；但是，動(dòng)力電池由單體組成模塊后，能量密度損失較大；GB/T標(biāo)準(zhǔn)缺少高倍率循環(huán)對(duì)電池容量衰減的考核，這一點(diǎn)還需要進(jìn)一步完善。
