经常会出现车辆电气化的最佳化学成分的问题。有不同类型的细胞或电池，应评估它们的优点和缺点，以做出明智的决定。

首先，有铅酸电池。它们很便宜，但不是很耐用，而且性能不高。它们也相当重。另一个选择是镍金属氢化物电池，它比铅酸电池更有效，而且没有那么重。然而，它们的价格要高一些。

最后，在电池类型中，我们有锂离子电池，这是当今最先进和最流行的。它们重量轻，耐用，提供大量的电力。虽然它们需要大量的支出，但它们提供了很好的投资回报，同时也更加环保。

今天，锂电池在广泛的应用中非常受欢迎。最初，它们主要用于移动电话、计算机和小型工具。然而，今天，越来越多的工业机械和电动汽车制造商正在采用这种技术，以实现其车队的电动化转型。锂电池被用于各种领域，如物流、材料处理、建筑、高空平台、农业、机场车辆和海洋。

为汽车选择合适的锂电池已变得比以往任何时候都要复杂，但由于欧洲议会的最新法规已批准从2035年起禁止销售汽油和柴油车，因此它变得更加重要。

然而，并非所有的锂电池都是一样的。在寻找适合特定应用的电池时，有许多因素需要考虑。市场上有几种类型的锂电池。此外，除了电压，还有锂电池的尺寸，以及一个复杂的过程，包括研究和开发、技术测试，最重要的是，选择正确的化学成分以满足车辆的需求。

六种最常用的锂基化学材料及其特点

六种最常用的锂基化学制品是：

• 锂-钴-氧化物 (LiCoO2)
• 锂-锰-氧化物 (LiMn2O4)
• 磷酸铁锂(LiFePO4)
• 镍-锰-钴 (LiNixMnyCozO2)
• 镍钴铝 (LiNiCoAlO2)
• 钛酸锂 (Li4Ti5O12)

我们现在将仔细看看它们中的每一个，它们的优点和缺点。

1.采用LCO化学的锂电池的组成和特点：锂-钴-氧化物(LiCoO 2 )

采用LCO（Lithium Cobalt Oxide）化学的锂电池由一个氧化钴阴极和一个石墨阳极组成。阴极的化学成分是钴酸锂，使用的电解质是有机溶剂中的锂盐溶液。 

用这种LCO化学成分制造的电池具有高能量密度和长寿命，使它们适合用于便携式设备，如移动电话和笔记本电脑。然而，它们有过热的倾向，如果充电不当或在高温下，可能会不稳定，这可能导致电解质泄漏和电池爆炸。 

此外，钴是一种昂贵和稀缺的材料，这使得采用LCO化学的锂电池比其他选择更昂贵。

• 标称电压：3.6V。
• 比重密度：200Wh/Kg
• 能量密度：400Wh/l
• 全寿命周期：500 - 1000
• 放电速率: 1C

2.LMO化学的锂电池的组成和特点：锂-锰-奥西多(LiMn 2 O 4 )

采用LMO（锂锰氧化物）化学的锂电池有一个锰氧化物阴极和一个石墨阳极。阴极的化学成分是LiMn2O4，使用的电解质是有机溶剂中的锂盐溶液。LMO电池的主要特点是能够在短时间内提供大量的能量。

这些电池具有较高的放电容量、较长的使用寿命，并且比采用LCO化学的锂电池更不容易过热。此外，锰是一种比钴更便宜和更丰富的材料，这使得采用LMO化学的锂电池更经济和环保。 

然而，这些电池的能量密度低于采用LCO化学的锂电池，如果在高电流或高温度下充放电，可能会出现长期的阴极退化。

它们经常被用于电动自行车、园艺界、医疗设备和电动工具，如电钻和螺丝刀。

与化学LCO电池相比，LMO电池具有优越的热稳定性，但其容量有限，低于钴基系统。

• 标称电压：3.7V。
• 比能量：150Wh/Kg
• 能量密度：350 Wh/l
• 全寿命周期：300 - 700
• 放电速率：1C，10C

3.LFP化学的锂电池的组成和特点：锂-铁-磷酸盐（LiFePO4）。

采用LFP（磷酸铁锂）化学的锂电池有一个由磷酸铁锂组成的阴极，一个石墨阳极和一个基于锂盐的电解质。 

这些电池以其高安全性而闻名，因为它们不包含易燃材料，如LCO化学锂电池中使用的钴。此外，与其他锂电池化学成分相比，LFP化学成分的锂电池更耐高温和过度充电。

这种化学通常用于要求高可靠性和安全性的应用。因此，我们谈论的是一个非常广泛的世界，从自动化到机器人、物流、建筑、农业、海洋、电动车、机场车辆、航空平台和特种车辆。

事实上，采用LFP化学成分的电池是 更安全、更稳定 目前在市场上。此外，他们还可以在 大容量格式该系统旨在满足工业系统的要求，而不需要将许多小电池并联起来，这将降低稳定性并损害安全性。

采用LFP化学成分的电池具有更长的寿命，可以持续超过3500次循环。此外，如果集成一个合适的BMS系统来监控它们，它们可以超过4000次。据估计，它们在未来甚至可以达到6000次循环。

然而，重要的是要注意，寿命周期并不表示电池的完全结束，因为当汽车电池只剩下80%的原始容量时，其使用寿命就被认为已经用完。尽管如此，该电池仍可用于其他应用，如能源储存。

LFP电池的另一个重要优势是其平坦的放电曲线，这意味着电池电压在放电过程中保持不变。因此，可以看出，从100%到0%的电压非常相似，这是一个基本事实。

这一特点使机器和工业车辆从放电开始到结束都能保持稳定和一致的性能。除了其耐用性和稳定性，LFP电池还被认为是非常安全的，使其适合用于车辆和其他工业应用。

• 标称电压：3.2V。
• 比重密度：170Wh/Kg
• 能量密度：350 Wh/l
• 全寿命周期：>4000
• 放电速率: 1C/3C

LFP化学的平坦曲线，允许在电池放电过程中保持恒定的性能，这可能使其难以准确确定充电状态。然而，如果有一个好的BMS系统，就可以克服这个问题，提供一个正确的充电状态，有效地平衡电池。 

此外，LFP化学的一个主要优点是完全不使用钴，这是一种有毒和有害环境的材料。此外，虽然LFP化学的能量密度以前很低，但现在已经大大增加，这引起了人们对汽车电气化的极大兴趣。事实上，在未来几年里，重量密度已经有望进一步提高到220/230Wh/Kg。

特斯拉和其他汽车制造商正在重新采用LFP化学，因为与高性能汽车中使用的其他化学相比，LFP的安全水平更高，成本更低。 

预计在不久的将来，能量密度将继续增加，使LFP化学成为能源储存和汽车电气化的一个越来越有吸引力的选择。

4.NMC化学的锂电池的组成和特点：镍-锰-钴（LiNixMnyCozO2）。

采用NMC（镍-锰-钴）化学的锂电池由三种主要元素组成：镍、锰和钴，根据电池类型，它们的使用比例不同。 

在汽车领域，NMC化学的锂电池仍然是最常见和广泛使用的。这些电池提供非常高的比能量，可以达到220-240Wh/kg。这对车辆来说是一个很大的竞争优势，因为它可以在减少重量和体积的情况下储存大量的能量，这意味着与其他锂电池技术相比，可以在车辆上安装更多的能量。 

有几种类型的NMC化学：

缩写NMC后面的数字表示用于阴极的这些元素的比例。例如，NMC 811电池具有高浓度的镍和低含量的锰和钴，而NMC 111电池的每种元素的比例相同。

• NMC 111 (镍33.3% - 锰33.3% - 钴33.3%)
• NMC 622 (镍60% - 锰20% - 钴20%)
• NMC 811 (镍80% - 锰10% - 钴10%)

• 标称电压：3.6V。
• 比重密度：220Wh/Kg
• 能量密度：500Wh/l
• 全寿命周期：2,000
• 放电速率: 2C/3C

缩写NMC伴随着三个数字，表明用于阴极的元素数量。最新版本的NMC 811，具有较高的镍含量和较低的锰和钴含量，从而以较低的成本获得较高的能量密度。尽管目标是尽量减少NMC技术中的钴，但这种元素对于系统的稳定性和电池的耐久性仍然是必不可少的。 

然而，有一些公司正在研究创新的新技术，如Svolt，它已经开发了第一个完全无钴的NMX电池。

5.具有AQL的锂电池的组成和特点：镍-钴-铝（LiNiCoAIO2）。

采用NCA化学的锂电池使用镍、钴和铝的混合物作为正极，其化学式为LiNiCoAIO2。这种混合物提供高能量密度和长电池寿命。镍提供结构稳定性，而钴和铝增加能量密度。

除了NMC之外，采用NCA化学成分的电池也被应用于 汽车工业. 

采用NCA化学成分的锂电池具有很高的能量密度，可以达到250-300Wh/kg，尽管它们的安全等级比NMC电池略低。 

它们主要由镍组成，钴和铝的含量较低，使其在结构上与NMC 811电池相似。 为了平衡能量密度与安全和稳定性，NCA电池通常与NMC化学品混合。

通过混合这两种化学品，可以获得具有相当高的能量密度和足够安全和稳定水平的电池。

• 标称电压3.6V
• 比重密度：250Wh/Kg
• 能量密度：550Wh/l
• 全寿命周期：1,000
• 放电速率: 2C/3C

6.采用LTO化学的锂电池的组成和特点： 钛酸锂(Li4Ti5O12)

这是一种不太为人所知的电池技术，但在使用寿命方面似乎有很大的潜力，因为它因内部电压低而退化，而且没有机械应力。这使得它非常适合用于重型机器和车辆。 

然而，它有两个主要弱点： 

• 低能量密度（177Wh/l）和重量级（60-70Wh/kg）以及较低的2.4V或2.8V的标称电压：这意味着需要更多的元件串联以达到所需的电池电压。
• 它们的成本目前非常高，这反映在全球LTO电池生产商的数量较少，这可能是由于目前市场所需的数量较少。

也就是说，它是一种具有一些优势的车辆电气化化学。除了使用寿命长之外，LTO技术还具有在宽广的温度范围内运行的高能力。此外，与额定容量相比，它可以用高电流率快速充电和放电（高C-Rate）。 

这项技术特别适用于需要密集和连续使用的应用，如AGV（自动引导车）机器。例如，一个全天候运行的自主叉车车队将受益于LTO电池的使用，它可以快速充电以减少停机时间并提高工厂效率。

• 标称电压 2.4 V
• 比重密度：70Wh/Kg
• 能量密度：177Wh/l
• 全寿命周期：15.000 - 20.000
• 放电率：4C/8C

从理论到实践：在正确的应用中使用正确的锂化学成分

目前用于电气化的6种主要锂基化学材料中的每一种都是有用的和高性能的，但我们不应该认为它们是相互竞争的。相反，每一种锂化学都有其优势，在不同的应用领域表现最好。

这张图很能说明问题，以便看到每种类型的电池化学成分之间的差异。 

• 比能量或重量密度衡量电池能够储存多少与其重量有关的能量。
• 安全性指的是电池在其部件的热稳定性方面的安全程度。
• C-Rate表示电池充电和放电的能力，这与它产生能量的能力有关。
• 寿命周期指的是在电池容量减少到剩余容量的80%之前，电池可以被放电和充电的次数。
• 成本指的是电池的价格，是为特定应用选择合适的电池时需要考虑的一个重要因素。

如何选择正确的锂电化学类型？

在这一点上，让我们试着详细解释为什么要根据每种情况和应用选择一种产品或另一种。

用于汽车领域的NMC和NCA电池

NMC和NCA电池因其高能量密度而被广泛用于汽车领域，这使得它们能够在一个小空间内提供大量的能量。 

在电动汽车中，能量密度、重量密度和比功率是关键因素，而充电速度和高加速功率被认为是焦点，特别是在高端车型中。 

在这一领域，诸如长寿命周期等其他特征并不重要，因为它们并不是必须的。就汽车而言，它不可能在一天内进行多次循环，一般来说，一天内只使用20-30%的负载。 

因此，使用NMC化学成分的电池寿命周期不超过2000，而使用NCA化学成分，寿命周期达到1000。

用于工业领域的LFP和LTO电池

在不同的领域，如农业、工业和特种车辆的电气化，使用化学成分为LFP和LTO的电池比NMC和NCA更合适。这是因为在这些领域，安全性、可靠性和使用寿命比能量密度和性能更重要。

例如，在工业领域，空间不是问题，安全是优先事项，特别是在对电池造成压力的高周期性应用中。 

在这些情况下，电池最好是能多占一点空间，但能确保最佳的安全性和更长的使用寿命。此外，在固定的应用中，能量密度并不像电池的成本和生命周期那么重要。 

用于小型移动应用的LCO和LMO电池

如果你需要一个非常小的移动工具和应用的电池，那么最重要的是它的重量要轻，以免由于重量过大而影响应用的整体性能。在这种情况下，像LCO和LMO这样的电池化学成分是理想的，因为它们在小而轻的包装中提供高能量密度。 

尽管这些化学药品的保质期较短，而且由于体积小，在安全方面可能有更大的风险，但为了确保产品在市场上具有竞争力，这一点是可以接受的。

BMS优化了所选化学的特性

所有这些信息表明，这些图表对于了解每种电池化学的一般特性是有用的，但必须记住，这些数据是指示性的，技术和创新是不断发展的。 

因此，重要的是要跟上时代的步伐，依靠有经验的制造商来设计满足具体应用需求的电池。

此外，化学成分并不是影响电池性能的唯一因素。电池管理系统（BMS）也很重要，因为它能够充分利用所选化学成分的特性，并确保长期稳定的性能。 

BMS，即电池管理系统，是一套电子设备和软件，用于管理和监控可充电电池的运行。BMS控制和监测各种电池参数，如温度、电压和电流，并保护电池免受过度充电、过度放电、过热、短路和其他可能损坏电池或减少其寿命的事件的影响。 

这类系统还可以对电池单元进行负载平衡，以确保它们都能以最佳状态共同工作。 

最后，智能BMS可以分析电池数据并调整电池行为，以根据应用的具体需求最大化性能和效率。