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五种锂电池正极材料的性能比较

电动汽车：五大正极材料性能对比

电池厂商正在大力推广电动车。如果他们失败了会怎么样？也许，就像90年代发展迅速的燃料电池，或者近十年发展起来的生物燃料，没有政府补贴就无法生存。美国能源部也承认锂电池的一些关键参数无法满足需求。较新的镍氢电池比锂电池更便宜、更安全，更适合电力系统。然而，由于研究的成熟，研究工作不能由政府资助。

电力系统没有理想的竞争对手，所以锂电池仍然是一个很好的选择。图1显示了五种替代电池，其中锂镍锰钴(NMC)电池、磷酸锂电池和锂锰电池具有一定的优势。钴酸锂(未列出)是消费类电子产品中能量密度最高的最受欢迎的“电脑电池”，已被特斯拉和Smart Fortwo ED用作电动汽车的电源，但由于价格昂贵等缺点，不适合在一般电动汽车中大量应用。人们需要在安全性、比能量、成本和高温性能之间进行权衡。

图1 2020年电动汽车电池的挑战、机遇和前景(

图1从安全性、比能量(也叫容量)、比功率(电池的大倍率充放电能力)、高低温性能、寿命(包括使用寿命和储存寿命)和成本六个指标对比了五种电池的性能。但是图中没有提到充电时间。如果有合适的电源插座，电动汽车电源系统的所有电池都可以快速充电。超快充电是个例外，但大多数用户还是可以接受几个小时的充电时间。图1也没有列出自放电性能——，这是另一个需要注意的电池特性。一般情况下，锂电池的自放电率较低，如果是新电池，自放电几乎可以忽略不计。但是，热量导致的电池老化会加速电池的自放电，给电池管理带来问题。在电动汽车的可选电池类型中，磷酸锂电池比其他电池系统具有更高的自放电率。

虽然图1中五个电池的性能图并不完全一样，但是都差不多，没有一个能脱颖而出。比如NCA虽然容量大，但安全性不如磷酸锂电池，但是磷酸锂电池的容量很低。没有完美的电池，汽车制造商通过设计电池组合来弥补一些性能缺陷。因此，电池厂商一般根据订单要求设计电池，强化应用所需的重要特性。以下是电力系统中电池的几个重要指标。

安全性是选择电动汽车电池的最重要指标之一。一个被媒体和舆论放大的事故，可能会让大众排斥这款电动车。类似的问题发生在100年前，比如蒸汽机和汽油箱爆炸。人们主要关心电池的热失控。用坚固的配件和精心设计的安全电路应该可以基本解决这个问题，但可能还是有风险的。电池在长期滥用和使用后必须是安全的。

寿命：反映电池的循环次数和储存寿命。大多数电动汽车的电池寿命可以保证车辆在8-10年内一次充电行驶160公里(约100英里)。电池老化导致的电池容量下降是一个严重的问题(尤其是在炎热的气候下)。但是汽车厂商缺乏不同条件和气候下电池的老化数据。因此，制造商通常会增加电池组的尺寸，以补偿电池容量的损失，从而确保汽车在规定的寿命内正常使用。

电池的高低温性能：反映了电动车电池在极热的夏季和极低的温度下的性能。与能在较大温度范围内正常工作的内燃机不同，电动汽车的电池对温度的要求更高。当车辆的电源只有电池时，调节电池温度、加热车内和冷却所需的能量也将是

比能量：电池单位重量所包含的能量，反映汽车的里程。人们清楚地认识到，电池单位重量的能量输出仅占化石燃料的1%。1 kg的汽油(1.4升，0.37加仑)容量约为12千瓦时，而1kg的电池只有120千瓦时左右。但要知道电机效率高于90%，而内燃机只有30%左右。虽然效率差别那么大，但是不把电池的储能能力提高2-4倍，是不可能和内燃机相比的。

比功率：与汽车的加速能力有关，大部分电动车的电池比功率都不低。与同等马力的内燃机相比，电机具有更好的扭矩比。

成本：这是电动车的主要缺点。波士顿咨询公司预测，很难将电池的目标成本限制在250-400美元/千瓦时。此外，还有其他因素导致成本增加，如指定安全保护电路、电池管理状态、保持环境温度控制以及8-10年的保修期。这些因素导致电池的价格相当于非电动车，基本上电动车的价格还要再翻一倍。