鉅大鋰電 | 點擊量：0次 | 2019年08月29日
磷酸鐵鋰與三元鋰電池之爭，誰主沉浮
以特斯拉為代表的企業最早采用三元鋰電池，續航優勢明顯。而比亞迪一直是磷酸鐵鋰路線的代表者和堅持者，認為磷酸鐵鋰安全性最好。
本文來源：皆電 微信公眾號 ID：GeekNEV 作者：周師兄
迷你四驅車相信伴隨了不少90后的童年，也正是從那時起，我們知道了電池不單只有一次性電池，還有充電電池。
00后中遙控汽車成為了他們的最愛，可控可玩性也更高。
到如今“蘭博基尼”、“法拉利”已經成為10后的座駕，使用的動力電池也從普通玩具的五號電池升級為可充電的鋰離子電池。
可以說電池無處不在，它的作用是也來越大，電池作為汽車的動力源也不再是小時候的幻想，馬路上越來越多的新能源車就是如此。不過作為汽車的動力電池，它性能的好壞直接關系到整車的續航和安全。
電池分類
電池的種類其實非常多，按類型可以大致分為化學電池、物理電池和生物電池。
像我們平時常見的紐扣電池、5號電池、鋰離子電池這類都屬于化學電池。電容這類屬于物理電池，微生物電池這類則屬于生物電池。
而電動汽車上用的則是化學電池，如鎳氫電池、鋰離子電池、鋰聚合物電池、燃料電池等都屬于這一類型。從結構來看還可以再分兩大類，蓄電池和燃料電池。當然，這里說的蓄電池并不是大家日常說的汽車電瓶，而是對可重復充電電池的統稱，其中車載的鉛酸蓄電池僅僅是細分門類的一種。燃料電池目前應用較少，就不作展開了。
六種鋰電池
鋰電池是目前電動車乃至時下絕大多數電子產品上最常用的電池種類，它從1970年誕生至今將近半個世紀了，它的優勢是能量密度高、循環使用壽命長。
目前鋰離子電池主要是按照正極材料的不同來分類，因為負極材料對電池能量密度的影響不大，所以現在主要通過不斷改進正極材料來提升電池的性能。
市面上最早有六類電池材料分別是鈦酸鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳和鎳鈷鋁。
鈦酸鋰是作為負極材料使用的鋰電池，它的能量密度很低，應用在電動車上顯然不吃香。
鈷酸鋰則相反，它是能量密度相對較高，但是壽命和耐高溫性能就比較差，大多用在手機等數碼設備當中。
錳酸鋰成本低而且穩定，但能量密度也比較低。
所以，從能量密度和安全性綜合來看，綜合性能更好的磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池成為了電動車動力電池的主流，不過這兩種電池在自身特點上也存在顯著差異。
電池能量密度
三元鋰>磷酸鐵鋰
評價電池性能好壞最關鍵的指標就是電池能量密度，電池能量密度的概念和其他物質密度的概念一樣，簡單來說就是單位重量或體積下電池含有的電能。
打個比方，兩塊同樣大小和重量的礦石，一種含雜質較多，一種含量高，那么毫無疑問含量高的顯然更值錢。
電池的能量密度和礦石的含量一樣，相同體積或重量下，能量密度越高提供的電能也就越多，續航相對也越長，提高電池能量密度等于增加了車輛續航。
磷酸鐵鋰電池（LFP）是用磷酸鐵鋰作正極材料的鋰離子電池，三元鋰電池則是一種以鎳鈷元素作為正極材料，以錳鹽或鋁鹽來穩定化學架構的鋰電池，主要有NCM（鎳鈷錳）和NCA（鎳鈷鋁）。
受制于化學特性，磷酸鐵鋰電池的電壓平臺低，磷酸鐵鋰電池的能量密度大概在140Wh/kg左右。而三元鋰電池電壓高，能量密度基本為240Wh/kg。也就是說，在相同電池重量下，三元鋰的能量密度是磷酸鐵鋰材料能量密度的1.7倍。
毫無疑問，在能量密度上三元鋰電池優勢明顯，不過不同“配方”的三元鋰電池它的能量密度也會有差異（鎳、鈷、錳/鋁三者不同比例）。
特斯拉使用的21700 NCA三元鋰電池電芯的能量密度高達260Wh/kg，是目前的量產電動車里最高的，它的鎳鈷鋁比例為8:1.5:0.5，屬于“高鎳電池”。
在NCM電池中，按照鎳鈷錳三者含量的不同，可分為NCM111、NCM523、NCM622、NCM811（數字代表鎳鈷錳的比例）。
按照目前的對電池續航里程的要求，高鎳的NCM811是重點突破方向。因為隨著鎳元素含量的升高，三元正極材料的比容量逐漸升高，電芯的能量密度也會隨之提高。
但是從表格來看，兩種NCA811和NCM811中顯然前者性能更優秀，那到底該走NCA路線，還是走NCM路線？
其實選擇不難，鎳鈷鋁電池對制作工藝要求高、成本高且技術掌握在日韓手中，另一方面容易在較高溫度的情況下導致熱失控。
鎳鈷錳電池的續航表現不如鎳鈷鋁電池，但好處是含錳三元體系熱穩定性更佳更為安全，所以國內主要研發鎳鈷錳電池。
安全性
磷酸鐵鋰>三元鋰
磷酸鐵鋰的熱穩定性是目前車用鋰電池中最好的，電熱峰值大于350℃，當電池溫度處于500-600℃高溫時，其內部化學成分才開始分解。
三元鋰電池的熱穩定性較差，300℃左右就開始分解，因此對電池管理系統的要求非常高，需要防過溫保護裝置和電池管理系統來保護電池的安全。所以在高溫條件，磷酸鐵鋰的安全性相對較高。
低溫性能
三元鋰>磷酸鐵鋰
冬天電動車續航里程衰減已經是司空見慣了，磷酸鐵鋰電池的低溫性能要劣于三元鋰電池。磷酸鐵鋰電池溫度使用下限值-20℃，且低溫環境下放電性能差，在0℃ 時的容量保持率約60～70%，-10℃時為40～55%，-20℃時為20～40%。三元鋰電池低溫溫度使用下限值-30℃，低溫放電性能好，和磷酸鐵鋰電池相同低溫條件下，冬季時里程衰減不到15%，明顯高于磷酸鐵鋰電池。
當然，為了避免出現明顯的里程衰減現象，大多數車輛現在都有相應的熱管理來保證電動車冬季性能。
壽命
磷酸鐵鋰>三元鋰
電池壽命就是電池在多次完全充放電后的電量衰減，一般電動車電池充滿后衰減到原有80%電量就代表電池該換了。
磷酸鐵鋰電池的完全充放電循環次數大于3500次后電量才會衰減到原有的80%。也就是說如果每天充放電一次，磷酸鐵鋰電池也要將近10年才出現明顯衰減現象。
而三元鋰電池比磷酸鐵鋰電池壽命短一些，完全充放電循環大于2000次會開始出現衰減現象，也就是大概在6年的時間，當然通過電池管理和車輛電控系統也可以稍微延長一點電池壽命，但是也只能是稍加延緩。
當然，電動車電池是由多個單體電池串并而成，其工作狀態類似木桶效應，一只木桶能盛多少水，并不取決于最長的那塊木板，而是取決于最短的那塊木板。電池組類似，只有在電池性能高度一致時，壽命發揮才能接近單體電池的水平。
成本
三元鋰>磷酸鐵鋰
在電池成本上，磷酸鐵鋰電池也有巨大優勢，它沒有貴重金屬（鎳鈷金屬元素），所以在生產成本上較低。
三元鋰電池使用了鎳鈷錳多種材料，并且高鎳電池的生產需要比較嚴格的工藝環境，目前成本比較高。
并且經過這幾年的開發，作為關鍵材料鋰、鈷等金屬資源開始吃緊，尤其是金屬鈷，它的價格一路飛漲，報價在20萬元/噸以上。而一噸電解鎳的價格，目前也就11萬出頭。所以也倒逼著電池企業往811路線，提升鎳的含量，降低鈷的含量，也能帶來成本的降低。
鎳氫電池
鎳氫電池是目前除鋰電池外另一種主流電動車動力電池，主要在上世紀90年代后逐漸發展開來，以豐田為代表的很多混合動力汽車都是采用這種電池，不過近年來它們也逐漸換用三元鋰電池了。
鎳氫電池的能量密度約為70-100Wh/kg，電池單體電壓僅為1.2V，是鋰電池的1/3，因此在需求電壓一定的情況下，它的電池組體積會大一點。
另外相比鋰電池，鎳氫電池需要更注重電池的充放電管理。這是因為鎳氫電池具有“記憶效應”，電池在循環充放電過程中容量會出現衰減，過度充電或放電，都會加劇電池的容量損耗。
所以鎳氫電池的充放電區間會控制在總容量的一定百分比范圍，避免過度充放電來降低容量衰減速度。
三元鋰和磷酸鐵鋰之爭
從電池能量密度、低溫性能、安全性、使用壽命以及成本來看，磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池是各有優勢，有點難分難解，也導致動力鋰電池正極材料技術路線出現分化。
以特斯拉為代表的企業最早采用三元鋰電池，續航優勢明顯。而比亞迪一直是磷酸鐵鋰路線的代表者和堅持者，認為磷酸鐵鋰安全性最好。不過隨著比亞迪從磷酸鐵鋰電池轉變為三元鋰電池來看，顯然這兩種電池路線的爭論也已經落下了帷幕。
但是注意，乘用車采用三元鋰電池并不代表磷酸鐵鋰電池就此淘汰，套用李想的一句話就是，磷酸鐵鋰屬于大巴，三元鋰電屬于乘用車，固態電池屬于未來。
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