前面的文章中我們?yōu)榇蠹液?jiǎn)單介紹了電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的幾種不同形式，但是其實(shí)制約電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的核心并非電機(jī)，而是電池。電池的容量決定了巡航里程、充電時(shí)間這些用戶(hù)體驗(yàn)最重要的部分。當(dāng)然，從汽車(chē)這個(gè)工業(yè)產(chǎn)品角度看，決定動(dòng)力鋰電池的維度又要多好幾個(gè)，比如安全性、能量密度、單體標(biāo)稱(chēng)電壓、使用壽命、應(yīng)用成本、低溫衰減能力等等，在這方面國(guó)際與國(guó)內(nèi)都有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，能夠上市銷(xiāo)售的車(chē)型肯定首先要達(dá)標(biāo)。

相信很多關(guān)注電動(dòng)汽車(chē)的朋友關(guān)于三元鋰離子電池不會(huì)陌生，大名鼎鼎的特斯拉采用的就是這種電池。而國(guó)內(nèi)的電池巨頭比亞迪在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)一直采用的是磷酸鐵鋰離子電池，在今年下半年則宣布也將重點(diǎn)發(fā)展三元鋰離子電池。那么，到底什么是三元鋰離子電池？它為何會(huì)突然成為動(dòng)力鋰電池的寵兒呢？

三元聚合物鋰離子電池是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰（Li（NiCoMn）O2）三元正極材料的鋰離子電池，三元復(fù)合正極材料前驅(qū)體產(chǎn)品，是以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料,里面鎳鈷錳的比例可以根據(jù)實(shí)際要調(diào)整。

安全性是重中之重

三元鋰離子電池的特點(diǎn)是能量密度大，電壓更高，所以同樣重量的電池組電池容量更大，車(chē)子跑的距離也就更遠(yuǎn)，速度也能更快。但是其弱點(diǎn)在于穩(wěn)點(diǎn)性較差，假如內(nèi)部短路或是正極材料遇水，都會(huì)有明火出現(xiàn)。所以一般18650電池都會(huì)有一層鋼殼保護(hù)，由于特斯拉的電池組是由7000塊左右的18650電池組合而成，所以，雖然特斯拉給電池組進(jìn)行了全方位的保護(hù)，但是在極端的碰撞事故中，起火隱患還是有的。

之所以這樣，原因是兩種材料在到達(dá)一定溫度時(shí)發(fā)生分解，三元鋰材料會(huì)在更低的200度左右發(fā)生分解，而磷酸鐵鋰材料是在800度左右。并且三元鋰材料的化學(xué)反映更加劇烈，會(huì)釋放氧分子，在高溫用途下電解液迅速燃燒，發(fā)生連鎖反應(yīng)。說(shuō)簡(jiǎn)單點(diǎn)，就是三元鋰材料比磷酸鐵鋰材料更容易著火。不過(guò)要注意的是，我們提到的是材料，而不是已經(jīng)成為成品的電池。

磷酸鐵鋰離子電池則要穩(wěn)定許多，電池板就算是穿刺、短路也不會(huì)爆炸燃燒，遭到350℃的高溫也不會(huì)起火（三元鋰離子電池在180-250℃就扛不住了）。所以在安全性能上，磷酸鐵鋰離子電池略勝一籌。

正因?yàn)槿嚥牧嫌羞@樣的安全隱患，所以廠商也在努力往抑制出現(xiàn)事故的方向走。根據(jù)三元鋰材料容易熱解的特性，廠商在過(guò)充保護(hù)（OVP）、過(guò)放保護(hù)（UVP）、過(guò)溫保護(hù)（OTP）、過(guò)流保護(hù)（OCP）這幾個(gè)環(huán)節(jié)上都會(huì)下不少的功夫。特斯拉之所以關(guān)于安全性有信心，就是因?yàn)樗幸徽纂姵毓芾硐到y(tǒng)，能夠?qū)⒒钚愿叩娜囯x子電池管理地更好。當(dāng)然，伴隨著越來(lái)越多的電池公司、車(chē)企還有專(zhuān)業(yè)的電池管理公司在這個(gè)領(lǐng)域的不斷研發(fā)，更多的公司也能做到優(yōu)秀的電池管理，將安全性大大提升。

能量密度是核心要素

能量密度（Energydensity）是指在一定的空間或質(zhì)量物質(zhì)中儲(chǔ)存能量的大小。電池的能量密度也就是電池平均單位體積或質(zhì)量所釋放出的電能。電池能量密度=電池容量放電平臺(tái)/電池厚度/電池寬度/電池長(zhǎng)度，基本單位為Wh/kg（瓦時(shí)/千克）。電池的能量密度越大，單位體積內(nèi)存儲(chǔ)的電量越多。

比亞迪磷酸鐵鋰離子電池的單體能量密度為150Wh/kg，比亞迪三元鋰離子電池能量密度則達(dá)到了200Wh/kg。可以看出，三元鋰材料比磷酸鐵鋰的優(yōu)勢(shì)還是很明顯的。深圳另外一家電池公司比克電池的三元材料動(dòng)力鋰電池單體電芯能量密度近220Wh/kg，在行業(yè)內(nèi)算是比較高的。

在這里，不得不說(shuō)國(guó)家政策關(guān)于行業(yè)的指導(dǎo)性也是非常明確。2017年三月一日，中央四部委印發(fā)了《促進(jìn)汽車(chē)動(dòng)力鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)方法》通知，明確指出了將提高電池比能量作為今后的重點(diǎn)發(fā)展目標(biāo)之一。

以下三點(diǎn)為重點(diǎn)：

1.到2020年，鋰離子動(dòng)力鋰電池單體比能量大于300Wh/kg；系統(tǒng)比能量爭(zhēng)取達(dá)到260Wh/kg；成本小于1元/瓦時(shí)；使用環(huán)境達(dá)-30℃到55℃；具備3C充電能力。

2.到2025年，單體比能量達(dá)500Wh/kg。

3.力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)單體電池350Wh/kg、系統(tǒng)260Wh/kg的鋰離子電池產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化和整車(chē)應(yīng)用。

事實(shí)上，正是由于這個(gè)發(fā)展方向，三元鋰離子電池的春天才算是真正到來(lái)，因?yàn)榱姿徼F鋰在單體能量密度上可以突破的空間不大，而三元鋰離子電池的潛力則還未充分挖掘出來(lái)。

有關(guān)電池壽命的問(wèn)題

三元鋰離子電池的理論壽命是2000次充放電循環(huán)，但在實(shí)際使用中，當(dāng)進(jìn)行900次的充放電循環(huán)后，電池容量就基本衰減到了55%。也就是說(shuō)充滿(mǎn)電只能跑原來(lái)里程的一半。但假如每次電池充放電都控制在0%-50%或者25%-75%的循環(huán)中工作，即使經(jīng)過(guò)3000次的充放電循環(huán)，電池容量基本還能能夠保持在70%左右。但這同樣要優(yōu)秀的電池管理系統(tǒng)。

磷酸鐵鋰離子電池循環(huán)壽命也在2000次以上，標(biāo)準(zhǔn)充電（5小時(shí)率）使用，可達(dá)到2000次的循環(huán)性。不過(guò)，磷酸鐵鋰離子電池有一個(gè)致命的缺點(diǎn)，那就是低溫性能較差，即使將其納米化和碳包覆也沒(méi)有解決這一問(wèn)題。研究表明，一塊容量為3500mAh的電池，假如在-10℃的環(huán)境中工作，經(jīng)過(guò)不到100次的充放電循環(huán)，電量將急劇衰減至500mAh，基本就報(bào)廢了。所以在北方，這種電池的工況實(shí)在是讓人擔(dān)憂(yōu)的。

三元鋰離子電池這個(gè)名稱(chēng)很響亮，但具體的內(nèi)容恐怕很多朋友并不清晰，要留意下。三元正極材料在電池比能量、比功率、大倍率充電、低溫性能等方面有優(yōu)勢(shì)，循環(huán)性能方面則是磷酸鐵鋰更好，但在寒冷環(huán)境中又變得更差。安全方面，磷酸鐵鋰本來(lái)是最理想的，但是三元鋰的不斷加強(qiáng)的電池管理技術(shù)加持下，逐漸得到提高。

由此我們明白，在商用車(chē)領(lǐng)域，如大巴車(chē)，空間較大，對(duì)電池比能量和比功率要求相對(duì)較低，可選擇磷酸鐵鋰材料電池，發(fā)揮其循環(huán)性能好的特性。而轎車(chē)空間有限，電池用量小，則選用高比能量與高比功率三元材料電池更為合適。從適應(yīng)政策的角度看，未來(lái)的能量密度要求更高，三元鋰離子電池的潛力將得到更大的發(fā)揮。首先糾正一個(gè)概念，鋰離子電池按照正負(fù)極使用的材料不同，通常分兩大類(lèi)：

鋰金屬電池，也就是使用二氧化錳為正極材料，金屬鋰或其合金金屬為負(fù)極材料的電池；鋰離子電池，使用鋰合金金屬氧化物為正極材料，石墨為負(fù)極材料電池。

鋰金屬電池其性質(zhì)不夠穩(wěn)定而且不能充電，所以不屬于二次電池。關(guān)于新能源汽車(chē)來(lái)講，我們平時(shí)說(shuō)的鋰離子電池，就是指鋰離子電池。

我們來(lái)看看鋰離子電池的工作原理，如下圖：

鋰離子電池重要由正極（含鋰化合物），負(fù)極（碳素材料），電解液，隔膜四個(gè)部分組成：

電池充電時(shí)，正極上鋰原子電離成鋰離子和電子（脫嵌），鋰離子經(jīng)過(guò)電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極，得到電子，被還原成鋰原子嵌入到碳層的微孔中（插入）；

電池放電時(shí)，嵌在負(fù)極碳層中的鋰原子，失去電子（脫插）成為鋰離子，通過(guò)電解液，又運(yùn)動(dòng)回正極（嵌入）；

鋰離子電池的充放電過(guò)程，也就是鋰離子在正負(fù)極間不斷嵌入和脫嵌的過(guò)程，同時(shí)伴隨著等當(dāng)量電子的嵌入和脫嵌。鋰離子數(shù)量越多，充放電容量就越高。

分類(lèi)

因正極材料不同，鋰離子電池重要分為：磷酸鐵鋰（LFP），鎳酸鋰（LNO），錳酸鋰（LMO），鈷酸鋰（LCO），以及鎳鈷錳酸三元鋰（NCM）、鎳鈷鋁酸三元鋰（NCA），負(fù)極材料重要采用石墨碳材料。

各類(lèi)型的化學(xué)成分，結(jié)構(gòu)以及重要性能比較如下：

技術(shù)路線

基于上表，我們來(lái)理一理不同類(lèi)型鋰離子電池在市場(chǎng)的應(yīng)用情況。

先說(shuō)說(shuō)鈷酸鋰，作為鋰離子電池的鼻祖，當(dāng)然也可能是作為動(dòng)力鋰電池先試試水，最先用在特斯拉Roadster上，但由于其循環(huán)壽命和安全性都較低，事實(shí)證明其并不適用作為動(dòng)力鋰電池。為了彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn)，特斯拉運(yùn)用了號(hào)稱(chēng)世界上很優(yōu)秀的電池管理系統(tǒng)來(lái)保證電池的穩(wěn)定性。鈷酸鋰目前在3C領(lǐng)域的市場(chǎng)份額很大。

第二是錳酸鋰離子電池，重要最先由電池公司AESC提出，這個(gè)AESC來(lái)頭可不小，是日產(chǎn)和日本電氣股份有限公司（NEC）的合資。錳酸鋰代表車(chē)型是為日產(chǎn)聆風(fēng)，由于其價(jià)格低，能量密度中等，安全性也一般，具有所謂的較好綜合性能。所謂成也蕭何敗也蕭何，也是正因?yàn)檫@種不溫不火的特性，其逐步被新的技術(shù)所替代。

接著是磷酸鐵鋰，作為比亞迪的主打，其穩(wěn)定好，壽命長(zhǎng)，且具有成本優(yōu)勢(shì)，特別適用于要經(jīng)常充放電的插電式混合動(dòng)力汽車(chē)，但其缺點(diǎn)是能量密度一般。

最后是三元鋰離子電池，作為冉冉升起的新星，能量密度可達(dá)最高，但安全性相對(duì)較差。關(guān)于續(xù)航里程有要求的純電動(dòng)汽車(chē)，其前景更廣，是目前動(dòng)力鋰電池主流方向。