技術幹貨:國內外動力電池對比測試分析
發布時間:2017-05-17 責任編輯:susan
【導讀】依據GB/T31484GB/T31485GB/T31486檢測標準,分別選取國內外不同材料不同封裝形式(軟包方形硬殼和圓柱形卷繞)的電池樣品進行對標分析,其中包括比較成熟的國內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款日韓係三元材料電池。
如下表所示試驗對象均為電池模塊:

能量密度對比
電池樣品的能量密度對比如下表所示可以看出,對標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型36Ah軟包裝三元電池能量密度最高達到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於磷酸鐵鋰電池,國內最好的磷酸鐵鋰能量密度可以達到143(Wh)/kg。

組成模組後,由於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,且出於模組安全性考量設計的金屬外殼材質較厚;A42Ah方形硬殼磷酸鐵鋰電池和E型33Ahfangxingyingkesanyuandianchizuchengmokuaihounengliangmidusunshizuixiao,zhuyaoshiweibaohanmokuaiwaike,wugudingzhuangzhi,jinzengjialelianjiepiandezhongliangdonglidianchimokuaihexitongnengliangmidu,shidiandongchenengfouzaiweilaishichangpimeichuantongranyouqichedeguanjianweilaidonglidianchimokuaijidianchixitongqinglianghuasheji,shitigaodiandongqichexuhanglichengdeguanjianjishu。
低溫性能比較
汽(qi)車(che)用(yong)動(dong)力(li)電(dian)池(chi)的(de)低(di)溫(wen)性(xing)能(neng)是(shi)製(zhi)約(yue)冬(dong)季(ji)電(dian)動(dong)車(che)使(shi)用(yong)效(xiao)率(lv)的(de)瓶(ping)頸(jing)動(dong)力(li)電(dian)池(chi)的(de)低(di)溫(wen)性(xing)能(neng)主(zhu)要(yao)受(shou)電(dian)解(jie)液(ye)正(zheng)負(fu)極(ji)材(cai)料(liao)等(deng)因(yin)素(su)的(de)影(ying)響(xiang)在(zai)低(di)溫(wen)環(huan)境(jing)下(xia),電(dian)解(jie)液(ye)部(bu)分(fen)溶(rong)劑(ji)凝(ning)固(gu),造(zao)成(cheng)電(dian)子(zi)遷(qian)移(yi)困(kun)難(nan),電(dian)導(dao)率(lv)降(jiang)低(di);離子在電解液中受阻很大,離子遷移緩慢,導致動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阻不同D型270Ah方(fang)形(xing)硬(ying)殼(ke)磷(lin)酸(suan)鐵(tie)鋰(li)電(dian)池(chi)放(fang)電(dian)初(chu)始(shi)壓(ya)降(jiang)最(zui)小(xiao),低(di)溫(wen)性(xing)能(neng)最(zui)好(hao)三(san)元(yuan)材(cai)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)低(di)溫(wen)放(fang)電(dian)曲(qu)線(xian)趨(qu)勢(shi)一(yi)致(zhi),低(di)溫(wen)放(fang)電(dian)性(xing)能(neng)總(zong)體(ti)要(yao)好(hao)於(yu)磷(lin)酸(suan)鐵(tie)鋰(li)材(cai)料(liao)電(dian)池(chi)由(you)於(yu)不(bu)同(tong)的(de)低(di)溫(wen)放(fang)電(dian)深(shen)度(du)各(ge)有(you)不(bu)同(tong),故(gu)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阻最大,電壓平台低,低溫性能最差。
高溫性能對比
高gao溫wen情qing況kuang下xia,電dian池chi內nei部bu離li子zi移yi動dong速su度du增zeng大da,濃nong差cha極ji化hua和he電dian化hua學xue極ji化hua減jian輕qing,極ji化hua內nei阻zu減jian小xiao,電dian池chi內nei部bu化hua學xue反fan應ying熱re增zeng大da,過guo分fen高gao溫wen會hui使shi隔ge膜mo發fa生sheng收shou縮suo,電dian解jie液ye發fa生sheng副fu反fan應ying,造zao成cheng電dian池chi壽shou命ming穩wen定ding性xing降jiang低diGB/T31486要求電池在室溫下充滿電,55℃高溫下儲存5h後評價動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%以上在溫度高於室溫情況下,電池內部熱傳導率增大,電解液活性增強,內部極化內阻減小,55℃放電容量優於室溫放電容量。
充放電倍率特性對比
GB/T31486以動力電池在3C電流強度放電來考核其放電倍率;以2C電流強度充電,且充電時長控製在30min內,來考核電池的充電倍率特性。放電倍率特性對比如圖3所示;充電倍率特性對比如圖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,動力電池充放電倍率檢測隻進行一次倍率評價,而高倍率循環對電池壽命的影響還需進一步測試目前,GB/T標準未對倍率循環後的能量衰減做出要求,無法量化考核大電流衝擊對電池循環壽命的影響,這一點還有待完善圖4中磷酸鐵鋰和三元材料電池的充電倍率性能均高於國標要求的初始能量的80%以上在選型的10個ge樣yang品pin中zhong,磷lin酸suan鐵tie鋰li電dian池chi的de充chong電dian倍bei率lv特te性xing要yao優you於yu三san元yuan材cai料liao電dian池chi鋰li離li子zi電dian池chi的de充chong放fang電dian倍bei率lv特te性xing決jue定ding了le可ke以yi以yi多duo大da的de速su度du將jiang能neng量liang存cun儲chu在zai電dian池chi裏li;或(huo)者(zhe)以(yi)多(duo)大(da)的(de)速(su)度(du)將(jiang)能(neng)量(liang)從(cong)電(dian)池(chi)中(zhong)釋(shi)放(fang)出(chu)來(lai)倍(bei)率(lv)指(zhi)標(biao)是(shi)電(dian)池(chi)能(neng)否(fou)作(zuo)為(wei)車(che)用(yong)能(neng)源(yuan)係(xi)統(tong)的(de)關(guan)鍵(jian)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)的(de)充(chong)放(fang)電(dian)倍(bei)率(lv)性(xing)能(neng),與(yu)鋰(li)離(li)子(zi)在(zai)正(zheng)負(fu)極(ji)電(dian)解(jie)液(ye)以(yi)及(ji)它(ta)們(men)在(zai)界(jie)麵(mian)的(de)遷(qian)移(yi)能(neng)力(li)和(he)電(dian)池(chi)內(nei)部(bu)散(san)熱(re)速(su)率(lv)有(you)關(guan)。因(yin)此(ci),想(xiang)要(yao)提(ti)高(gao)和(he)改(gai)善(shan)充(chong)放(fang)電(dian)倍(bei)率(lv)特(te)性(xing),要(yao)從(cong)鋰(li)離(li)子(zi)遷(qian)移(yi)速(su)率(lv)和(he)散(san)熱(re)速(su)率(lv)兩(liang)方(fang)麵(mian)著(zhe)手(shou),主(zhu)要(yao)方(fang)法(fa)有(you):(1)提高正負極鋰離子擴散能力;(2)提高電解質離子電導率;(3)降低電池內阻;(4)電池內部熱場均衡。
存儲性能對比
GB/T31486要求動力電池模塊充滿電,室溫下以1C放電30min後,在45±2℃下儲存28天,評價電池的容量恢複能力電池樣品儲存性能對比如圖5所示。

可以看出,經過28天的儲存後,大部分電池容量恢複率在97%以上,部分磷酸鐵鋰電池和三元電池的恢複率高於電池初始容量。
小結
目(mu)前(qian)國(guo)外(wai)以(yi)三(san)元(yuan)材(cai)料(liao)動(dong)力(li)電(dian)池(chi)為(wei)主(zhu),國(guo)內(nei)磷(lin)酸(suan)鐵(tie)鋰(li)和(he)三(san)元(yuan)材(cai)料(liao)動(dong)力(li)電(dian)池(chi)均(jun)有(you)成(cheng)熟(shu)產(chan)品(pin)對(dui)標(biao)測(ce)試(shi)研(yan)究(jiu)表(biao)明(ming),雖(sui)然(ran)三(san)元(yuan)材(cai)料(liao)能(neng)量(liang)密(mi)度(du)優(you)於(yu)磷(lin)酸(suan)鐵(tie)鋰(li)材(cai)料(liao),但(dan)國(guo)內(nei)較(jiao)好(hao)的(de)磷(lin)酸(suan)鐵(tie)鋰(li)電(dian)池(chi)的(de)能(neng)量(liang)密(mi)度(du)也(ye)能(neng)達(da)到(dao)143(Wh)/kg;在低溫特性方麵,磷酸鐵鋰材料電池的低溫性能要劣於三元材料電池,充電倍率特性要優於三元材料電池;但是,動力電池由單體組成模塊後,能量密度損失較大;GB/T標準缺少高倍率循環對電池容量衰減的考核,這一點還需要進一步完善。
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