鉅大LARGE | 點擊量：800次 | 2022年08月23日
三元鋰和磷酸鐵鋰的較量
2015年2月16日，科技部發(fā)布了《國家重點研發(fā)計劃新能源汽車重點專項實施方案(征求意見稿)》，其中明確要求了2015年底轎車動力電池能量密度要達到200Wh/kg。一時間，讓無數(shù)人將目光投向了三元材料。
在鋰離子電池當中，由于正負極容量的差異，正極材料往往是影響電池能量密度的瓶頸所在。因此，采用不同正極材料的鋰離子電池之間，其特性也存在著或多或少的區(qū)別。常見的正極材料有四種，分別是片裝的鈷酸鋰和鎳酸鋰；尖晶石結(jié)構的錳酸鋰；橄欖石結(jié)構的磷酸鐵鋰；以及三元材料。
那么到底什么是三元材料？顧名思義，三元材料，就是三種電極材料共融而成的復合電極材料。理論上兼具每種電極材料的特性和優(yōu)勢。目前最常見的是NCA和NCM。
NCA指的是鎳鈷鋁酸鋰（<ahref=誰才是未來：三元鋰與磷酸鐵鋰的較量src=http://www.ofweek.com/Upload/plainimages/0Angela/0311/01/image001.jpg/>）三元材料。它源自于鎳酸鋰（誰才是未來：三元鋰與磷酸鐵鋰的較量）材料的發(fā)現(xiàn)。這種電池容量較高，相應的穩(wěn)定性較差，此時，摻雜了一些鋁，以穩(wěn)定其結(jié)構。常見的分子式為（誰才是未來：三元鋰與磷酸鐵鋰的較量）。嚴格意義上說，NCA可能并不屬于三元材料，而改性的二元材料。特斯拉ModelS上使用的就是這種電池。
NCM是目前最主流的三元材料，也被認為是未來的發(fā)展趨勢。NCM指的是鎳鈷錳酸鋰（誰才是未來：三元鋰與磷酸鐵鋰的較量）三元材料。通過調(diào)配鎳、鈷、錳三者的比例，得到不同的電極特性。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
誰才是未來：三元鋰與磷酸鐵鋰的較量
目前國內(nèi)的路線仍以磷酸鐵鋰為主。磷酸鐵鋰有較好的循環(huán)穩(wěn)定性能，成本也比較低。其理論能量密度大概在160Wh/kg。目前，比亞迪的單體電池，能量密度已經(jīng)達到了130Wh/kg。幾乎到達了能量密度的天花板。當然研究工作者在對進一步提高磷酸鐵鋰電池的性能做著許多的工作。比如摻雜一元或者多元的離子之后，獲得了更高的容量，1C放電比容量超過120mAh/g。但是要注意到提高比能量不一定能同比提高電池的能量密度，另外材料的穩(wěn)定性、安全性、材料成本、加工工藝的復雜化等一些列的問題，也仍待解決。因此，這些振奮人心的實驗室數(shù)據(jù)，要想變成產(chǎn)品參數(shù)，仍有相當長的一段路要走。
鋰酸鐵鋰的先天不足，使更多的企業(yè)開始注意三元材料。大部分磷酸鐵鋰的生產(chǎn)廠家，都開始關注三元材料的開發(fā)。其中一些（如天津力神、中航鋰電）已經(jīng)開始批量的三元材料鋰電池的生產(chǎn)。
三元材料的理論比容量和能量密度的理論值要比磷酸鐵鋰樂觀得多。目前實際的產(chǎn)品參數(shù)又如何呢？美國JCS生產(chǎn)的NCA/C的45Ah電池，比能量密度在151mAh/kg，確實高于磷酸鐵鋰，但是離2015年的目標仍有不小的距離。同時，由于國內(nèi)三元材料的起步較晚，與國外的技術水平有不小的差距。同時，規(guī)避知識產(chǎn)權壁壘也是要考慮的問題。論述了三元材料和磷酸鐵鋰的若干參數(shù)之后，筆者談一下自己的觀點：
對于高能量高性能的追求，是技術發(fā)展的必然方向。即使國家不頒布《征求意見稿》，三元材料也是2015年電極材料的重要方向。磷酸鐵鋰、鈷酸鋰在未來已經(jīng)不能給我們什么驚喜，除了生產(chǎn)，也沒有太多的“故事”可講。因此，不論是企業(yè)、高校、研究機構、還是金融機構，為各自利益，把資源投向三元材料是必然的事情。
僅對于市場而言，比起增加的續(xù)航里程來說，更關心的電動車可能是使用了三元材料之后，車是不是更貴了，電池使用壽命是不是更短了，是不是更不安全了。因為提高30%甚至50%的續(xù)航里程，對目前國內(nèi)的消費者需求來說，仍然是不夠的。性能不是唯一，鉛酸電池就是最好的例子，因為他足夠便宜，足夠穩(wěn)定，雖然能量密度很差，循環(huán)壽命也不高，但是扔穩(wěn)穩(wěn)坐定二次電池的霸主地位。三元材料在充分市場化之后，勢必對磷酸鐵鋰電池的市場份額造成影響，但筆者認為兩者技術會長期同時存在。隨著未來應用市場的細化，各種技術“各司其職”，在各自的領域開疆辟土。
誰才是未來：三元鋰與磷酸鐵鋰的較量
松下三元電池
目前來講，如果和燃油車相比，沒有任何一種電池技術能真正滿足動力電池的技術要求。三元材料即使達到了2015年的政策目標之后，又將如何？未來再寄希望于石墨烯材料還是富鋰高錳層狀材料？技術的發(fā)展永無止境，但是技術的進步需要充足的時間。我不否認某項技術的重大突破可能引發(fā)一場技術革命，但是我們不能寄希望于此。技術的發(fā)展在，用“謀事在人，成事在天”這句古話來形容再貼切不過了。既要有主觀的決心，又要對客觀規(guī)律有充分的尊重。當有人問，三元材料能不能達到市場的需求時，我只能說，走著瞧了。
隨著各種電極材料技術走向瓶頸期，筆者臆斷：鋰離子動力電池的生命將走向終結(jié)。如果解決電動車問題，要寄希望于新的電化學體系、新的電池技術出現(xiàn)。那么問題是，是先有了技術再發(fā)展電動車，還是有了電動車之后再去開發(fā)電池技術？這是一個無解的問題。但是在有市場催化效應存在的時候，肯定是件好事。在風口豬未必真能飛起來，但是順風的鳥肯定會更輕松一些，但別飛過頭了。豐田公司是非常值得學習的一個技術開發(fā)案例?；阪嚉潆姵氐幕旌蟿恿夹g營造了電動車的市場神話，同時潛心研究FCV技術，并于2015年投放市場。這說明新技術開發(fā)成功與否，并不是一兩篇論文、一兩個專利能解決的。需要對市場有充分地認識，同時需要有足夠的資源來維持。比如國內(nèi)一些開發(fā)新電池體系中小型企業(yè)卻因為生存問題，紛紛轉(zhuǎn)型。如何解決“想做”、“會做”、“能做”、“堅持做”的問題，可能是我們優(yōu)先于技術本身更要考慮的問題。
鋰電池技術的真實面目
[XCAR科技原創(chuàng)]
說起電動車，大家都知道它是不通過燃燒汽油來驅(qū)動汽車。但是你們知道這些電動車是靠什么樣的電池來驅(qū)動汽車？這些電池有什么優(yōu)缺點？目前而言，電動汽車電池主要包括鉛酸蓄電池、磷酸鐵鋰電池、鋰電池、鈉硫電池、鎳鎘電池等多種傳統(tǒng)電池，當然還有代表未來科技的燃料電池以及新型的液態(tài)電池等，它們因性能的不同導致優(yōu)缺點差異頗大?，F(xiàn)在我們將通過這篇文章來介紹電動車電池的真實面目。
qiche
1、磷酸鐵鋰電池
磷酸鐵鋰電池，是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。鋰離子電池的正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。其中鈷酸鋰是目前絕大多數(shù)鋰離子電池使用的正極材料。磷酸鐵鋰也是鋰離子電池當中的一種。相對鉛酸電池，磷酸鐵鋰電池充放電效率要高一些。
電動車電池
它的主要優(yōu)點是安全性能高、使用壽命長、高溫性能好、大容量、無記憶效應、重量輕、環(huán)保。一般的鉛酸電池電池使用年限為1到1.5年，而磷酸鐵鋰電池理論壽命將達到7—8年。它還可以隨充隨用，不需要放完電在充電。最大的優(yōu)勢是它不含有任何重金屬，完全無毒。
電動車電池
它的缺點是能量密度較低，材料的制備成本與電池的制造成本較高，電池成品率低，一致性差。不過它的好處顯然大于它的缺點。
電動車電池
汽車
它主要應用車型為比亞迪唐、騰勢電動車、東風風神E30、江淮和悅iEV4、通用賽歐Springo、長安逸動純電動、榮威550Plug-in等。例如：比亞迪秦的純電動行駛里程為70km，磷酸鐵鋰電池組容量為13kWh。比亞迪唐的電池容量肯定會大于13kWh。比亞迪唐的電池采用的是比亞迪擁有自主知識產(chǎn)權的磷酸鐵鋰電池。騰勢電動車該車搭載容量為47.5kWh的磷酸鐵鋰電池，續(xù)航里程為300km。
2、鋰電池
鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。最早發(fā)現(xiàn)鋰電池的是偉大發(fā)明家愛迪生，主要通過氧化還原反應來充放電。
它的主要優(yōu)點是能量比較高、使用壽命長、額定電壓高、具備高功率承受力、自放電率很低、重量輕、高低溫適應性強、綠色環(huán)保的特點。它的最大使用的壽命在6年以上，它在使用中不產(chǎn)生任何的有害物質(zhì)，并且不需要消耗水。在能量和重量上也遙遙領先于其他的電池，成為現(xiàn)在主流的電動車電池。
它的缺點是安全性差、不能大電流放電、價格昂貴、生產(chǎn)要求條件高、成本高、使用條件有限制、高低溫使用危險大。例如采用鋰電池的特斯拉也曾因為鋰電池而著過火。
目前使用的主要車型是特斯拉ModelS、福特福克斯EV、日產(chǎn)聆風等。例如：?？怂闺妱影娌捎玫氖瞧桨逍弯囯姵亟M，這套電池組將能為福克斯電動版帶來大約160km的航程。特斯拉ModelS的電池組包含了近7000個鋰電池電芯，組成了16個獨立電池模塊，內(nèi)部結(jié)構十分復雜。
鎳氫電池與高鐵電池詳細解讀
3、鎳氫電池
鎳氫電池是正極活性物質(zhì)主要由鎳制成，負極活性物質(zhì)主要由貯氫合金制成的一種堿性蓄電池。鎳氫電池是在1960年發(fā)展起來的新型綠色電池，它的創(chuàng)始人是自學成才的斯坦福。
它的主要的優(yōu)點是它可以適應大電流放電，對于需要較大功率輸出要求的場合比較適用。它的能量密度較大，增加了續(xù)航的里程。鎳氫電池放出的電比較平穩(wěn)，發(fā)熱量較小。
它主要的缺點是具有“記憶效應”，即電池在循環(huán)充放電過程中容量會出現(xiàn)衰減，而過度充電或放電，都可能加劇電池的容量損耗。因此對于廠商來說，鎳氫電池控制系統(tǒng)在設定上都會主動避免過度充放電，如將電池的充放電區(qū)間人為控制在總?cè)萘康囊欢ò俜直确秶鷥?nèi)，以降低容量衰減速度。
目前主要運用的車型是豐田普銳斯、通用EV1。例如：豐田普銳斯所使用的鎳氫電池壽命可達百萬公里，這項成績已經(jīng)通過普銳斯出租車運營得到了驗證。通用EV1是通用的第一輛電動汽車。一次充電最大平均的行駛里程為144km左右，在動力上也毫不羸弱。
4、高鐵電池
目前國際上研發(fā)的鐵電池主要有兩種：一種是高鐵電池；一種是鋰鐵電池（磷酸鐵鋰電池）。高鐵電池是以合成穩(wěn)定的高鐵酸鹽，可作為高鐵電池的正極材料來制作能量密度大、體積小、重量輕、壽命長、無污染的新型化學電池。由于技術問題，現(xiàn)在國際上高鐵電池基本被視為禁區(qū)。
汽車
它的主要的特點是體積小、重量輕、壽命長、無污染。放電時輸出的電壓平穩(wěn)，能儲層大量的電量。電池完全無污染，不需要回收。尤其是制作它需要的鐵鋁材料，非常豐富。
電動車電池
它的主要缺點是高鐵電池生產(chǎn)過程中對工藝要求非常高，如果把握不好，電池肯定會出現(xiàn)很多小問題，并且高鐵電池的價格也不菲。
它的主要的應用車型：比亞迪e6、比亞迪F3DM。例如：比亞迪e6采用的高鐵電池經(jīng)過高溫、高壓、撞擊等試驗測試，安全性能非常好，短路爆炸機會不高。在能量補充方面，e6可使用220V民用電源慢充，快充為3C充電，15分鐘左右可充滿電池80%。它的總行程能達到300km。而比亞迪F3DM的純電動續(xù)航里程達100公里，多次的實驗表明它搭載的高鐵電池容量高，安全性好。
未來電池新技術剖析
5、電容電池
它通過極化電解質(zhì)來儲能，屬于雙層電容的一種。由于其儲能的過程并不發(fā)生化學反應，因此這種儲能過程是可逆的，正因為此超級電容器可以反復充放電數(shù)十萬次。
它的優(yōu)點是其反復充放電達數(shù)十萬次（傳統(tǒng)化學電池只有幾百至幾千次），壽命上要比化學電池高出很多；超級電容在充放電時的功率密度極高，瞬間可放出大量電能，可滿足車輛更加寬泛的電力需求；工作環(huán)境適應能力更佳，通常室外溫度在-40℃-65℃時，其都能穩(wěn)定正常工作（傳統(tǒng)電池一般為-20℃～60℃）。
它的最大的缺點是能量密度很低。所謂的能量密度就是指在一定的空間或質(zhì)量物質(zhì)中所儲存能量的大小。比如我們經(jīng)常使用的5號充電電池，如果其毫安時越大，就代表它的能量密度越高。可以說，超級電容相比鋰離子電池較低的能量密度，限制了其在很多領域的應用。
目前他的主要的運用是在車輛啟動系統(tǒng)、特種及少量公交車輛，至于是否可作為家用車動力電源使用，還需等能量密度難題有所突破后方可知曉。例如：在馬自達阿特茲上的i-ELOOP（制動能量回收系統(tǒng)）上使的儲能裝置就是電容電池。
6、燃料電池
燃料電池（FuelCell）是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來。它從外表上看有正負極和電解質(zhì)等，像一個蓄電池，但實質(zhì)上它不能“儲電”而是一個“發(fā)電廠”。
它主要的優(yōu)點是能量轉(zhuǎn)化效率高，安裝地點靈活，負荷響應快，運行質(zhì)量高；具有很強的過負載能力等。它的缺點是燃料電池造價偏高、碳氫燃料無法直接利用、氫氣儲存技術受限、氫燃料基礎建設不足等。
主要的應用車型是在日本本田FCV，豐田Mirai。他們的注入燃料的時間只需要3分鐘，續(xù)航里程上一般能都達到了700km左右?，F(xiàn)在的日本正在大力的扶持燃料電池，前景不錯。
編輯點評：電動車的電池是電動車發(fā)展的核心部分。從上面文章中我們也看到，電動車電池的種類很多，每個種類都有自己的優(yōu)劣勢。通過這次的介紹，希望能夠幫助大家對電動車有更加深刻的理解?，F(xiàn)在的電動車電池面臨的最大問題就是充電時間長和儲存電量少，最近出現(xiàn)的石墨烯鋰電池可能會突破這些障礙，它的充電時間和我們加油時間差不多，相應續(xù)航里程也大幅提升。
三元電池材料概念股
格林美東方鉭業(yè)杉杉股份國軒高科科泰電源比亞迪多氟多
鋰電池概念股：
先導股份(300450)、滄州明珠(002108)、多氟多(002407)、比亞迪(002594)、贏合科技(300457)、天齊鋰業(yè)(002466)
鎳礦概念股：
當升科技(300073)、格林美(002340)、東方鉭業(yè)(000962)、華澤鈷鎳(000693)、比亞迪(002594)、恒順眾昇(300208)
特斯拉概念股：
比亞迪(002594)、天汽模(002510)、奧特迅(002227)、信質(zhì)電機(002664)、動力源(600405)、永利帶業(yè)(300230)
新能源概念股：
比亞迪(002594)、江淮汽車(600418)、宇通客車(600066)、多氟多(002407)、萬向錢潮(000559)、大洋電機(002249)
新能源汽車概念股：
比亞迪(002594)、江淮汽車(600418)、萬向錢潮(000559)、多氟多(002407)、宇通客車(600066)、正海磁材(300224)
