为何三元锂电池的车不建议充满而磷酸铁锂则需充满

2023-12-16 08:34:00 130



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?今天我们就来聊聊这个话题。


电池的原理


想弄明白这个问题,我们就得先弄明白电池是如何工作的。




我们初中就学过,电子的定向运动形成了电流。电流从正极流向负极,但本质上是电子从负极向正极的流动产生了电流。


而自然界中很多物质都带有电子,假如我们能人为地控制这些电子的移动,那么就可以制造出来电池了。




比如上图就是世界上第一个电池的结构,它用铜片、锌片以及盐水就可以产生电流。虽然具体原理我们不知道,但我们肯定能想到,它之所以能放电,本质上还是发生了电子的移动。下面我们就来看看锌和铜究竟是如何产生电流的。




我们都知道原子由原子核和外层电子构成,锌元素最外层有两个电子,由于它非常活泼,所以更倾向于失去电子。




而铜元素原子核最外层有一个电子,虽然也更倾向于失去电子,但由于不如锌活泼,所以和锌相比铜更倾向于得到电子。


所以当我们用导线把铜片和锌片连起来的时候,锌元素的外层电子就会向铜片移动,这样就发生了电子的定向移动,产生电流了。




但是这样的电池仍然无法使用。因为锌失去电子后变成带正电的锌离子了,正负电荷相吸引,它会吸引电子,阻止其进一步向铜移动,因此这种结构并不能持续产生电流。




那要怎样做才能稳定产生电流呢?答案就是添加电解液,每当锌原子失去电子产生锌离子,锌离子就会进入电解液中,并通过电解液流向铜,这样就不会对电子产生吸附,从而使电子能持续流动产生电流了。只是这种电池是一次性的,无法重复充电使用。


而锂电池的原理和上面的一样,都是靠电子的迁移来产生电流的。不同之处在于锂电池可以充电。




锂电池的正极是锂的化合物,比如三元锂、磷酸铁锂,负极是石墨。在充电的时候正极的电子在电源正电压的吸引下从外部电路流向负极。与此同时正极产生的锂离子则通过电解液进入负极的石墨中。放电的时候电子从负极经外部电路回到正极,而锂离子则从电解液中返回正极。这就是锂电池充放电的原理。


为什么三元锂不建议充满


这主要和正极材料的特性有关。前面提到了,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。


歌昂新能源提醒您假如您买了新能源车,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。






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