電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
新能源汽車最核心的技術即為供應能量的電池，續航能力和充電速度則是電池技術發展到今天的瓶頸所在，經過了30多年的發展，電動車的能量大多數都由各種鋰電池包所供應，但是鋰電池目前仍沒有完全成熟，仍處于不斷探索之中。
目前鋰電池的類型有錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鈦酸鋰、鈷酸鋰、三元材料等，因能量性能和稀有金屬成本的原由，錳酸鋰、鈦酸鋰和鈷酸鋰電池逐漸變為小眾選擇，而磷酸鐵鋰和三元鋰電池則得到更廣泛的推廣使用。
這兩種不同的鋰電池各有哪些特點，它們之間的差別有哪些？目前新能源汽車公司都采用了哪條技術路線？這兩種鋰電池誰能夠笑到最后？本文將為你逐一詳解。
三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池
三元鋰電池全稱是“三元材料電池”，一般是指采用鎳鈷錳酸鋰（Li（NiCoMn）O2，NCM）或鎳鈷鋁酸鋰（NCA）三元正極材料的鋰電池，把鎳鹽、鈷鹽、錳鹽作為三種不同的成分比例進行不同的調整，所以稱之為“三元”，蘊含了許多不同比例類型的電池。從形狀上來區分，可分為軟包電池、圓柱電池和方形硬殼電池。其標稱電壓可達到3.6-3.8V，能量密度比較高，電壓平臺高，振實密度高，續航里程長，輸出功率較大，高溫穩定性差，但低溫性能優異，造價也比較高。
磷酸鐵鋰電池則是采用磷酸鐵鋰（LiFePO4）作為正極材料，用鐵來做電池原料一來成本低廉，二不含重金屬，對環境污染較小，工作電壓為3.2V。磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵穩固，因此在零電壓存放時并不會有泄漏，高溫條件下或過充時安全性非常高，可快速充電，高放電功率，無記憶效應，循環壽命高，缺點為低溫性能差，正極材料振實密度小，能量密度較低，產品的成品率和一致性也飽受質疑。
這兩類電池各有所長
高溫條件下，三元鋰電池的三元材料會在200℃時發生分析，出現劇烈的化學反應，釋放出氧原子，并在高溫用途下極易發生燃燒或爆炸的現象，因此基于安全的考慮，我國工信部在2016年一月，通過特殊發文規定將三元鋰電池的使用暫時限制在純電動客車之外。而磷酸鋰電池的分析溫度在800℃，更不容易著火，安全性相對較高。
(資料來源：海通證券《新能源汽車產業鏈系列深度報告》)
低溫條件下（氣溫低于-10℃以下），磷酸鋰電池衰減得非常快，經過不到100次充放電循環，電池容量將下降到初始容量的20%，基本與寒冷地區的使用絕緣了；而三元鋰電池的低溫性能優異，在-30℃條件下可保持正常電池容量，更適應北方低溫地區的使用條件。
從制造成本上來看，三元鋰電池所必需的鈷元素在我國儲量較少，大部分靠海外進口，受到市場波動影響非常大，所以三元鋰電池的成本必然居高不下，而磷酸鐵鋰電池所需原材料無需進口，供應充分，價格穩定，成本相對較低。
在試驗條件下，磷酸鐵鋰電池循環5000次后，剩余容量為84%，1C循環5000次后仍能保持80%以上的初始容量；三元鋰電池循環3900次后，剩余容量只剩下66%，1C循環2500次后就下降到80%初始容量。相比起來磷酸鋰電池的循環壽命要遠遠大于三元鋰電池。此外，磷酸鐵鋰電池能量密度為120Wh/kg，已經基本達到理論極致，而三元電池的能量密度180Wh/kg，今后還有很大的提升空間。
電池制造公司和電動車公司的技術路線選擇
依據2016年1-四月的數據，國內磷酸鐵鋰電池的出貨量可占據市場總額的75.3%，可以說是主流的技術形式，而三元鋰電池的比重只占到22.6%，但是同比上升速度達到了3.47倍，發展非常迅速。
日本松下、韓國LG化學、三星SDI等多采用三元鋰電池的技術路線，比如新能源巨頭特斯拉就采用了松下的鎳鈷鋁酸鋰三元鋰電池，就是所謂的NCA，在ModelS和ModelX上采用的是松下18650電池包，而最新的MODEL3采用了更大容量的21700圓柱體電池包。
(資料來源：海通證券《新能源汽車產業鏈系列深度報告》)
國內的新能源汽車公司在早期源于成本問題，大多采用磷酸鐵鋰電池作為能量來源，如比亞迪等公司則為磷酸鐵鋰電池的主力廠商，推出了秦、唐、宋等眾多明星產品，而現如今由于國家關于續航里程等補貼標準的提升，三元鋰電池市場份額在逐漸提升。
三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池誰能夠笑到最后？
(資料來源：日本鋰電知名研究機構IIT)
國內有關三元鋰電池和磷酸鋰電池的爭執非常猛烈，誰將成為將來的技術主流？目前各廠商都在兩條不同的道路上探索。三元鋰電動力鋰離子電池在漏液、變形、燃燒和爆炸上的風險不容忽視，但目前新能源公司都在電池管理系統上下足功夫（如過充保護OVP、過放保護UVP、過溫保護OTP、過流保護OCP等），也采用了高強度的鋁合金保護結構，而許多電池廠商已經在正極材料中加入硅鈦納米管、無溶劑PI粘合劑、固態電解質等技術路線上取得不俗成績，大大降低了風險和成本。
比亞迪作為電池加工龍頭公司，一直在堅持磷酸鐵鋰電池的技術路線，甚至還在開始在磷酸鐵鋰電池中加入錳元素，探索磷酸鐵錳鋰電池，沖破了原有的能量密度限制，成本控制也非常優秀，但是關于充電時間提出了新的挑戰。
更高的安全性和更大能量密度兩者是公司和科研人員要進行同時追求的兩面，從新能源汽車的發展需求來看，三元鋰電池在逐步處理安全性之后，憑借更大的能量密度，在將來的較量中將取得一定的上風。
結語
在與磷酸鐵鋰電池的競爭中，三元鋰電池的安全問題有待提升，這始終是盤桓在汽車公司腦海中的陰影，連特斯拉ModelX這樣的技術領先產品，也曾在國內外多次發生電池包起火燃燒的事故。但從長遠來看，三元鋰電池有著磷酸鐵鋰電池不可比擬的高能量密度、耐低溫等特性，在新能源汽車發展的將來，三元鋰電池處理掉安全和成本問題之后，將徹底取代目前磷酸鐵鋰的市場地位，將成為新能源市場上的大勢所趨，這場大戰最快將于三年之內見分曉，讓我們拭目以待吧！
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