前面的文章中我們?yōu)榇蠹液唵谓榻B了電動汽車的驅(qū)動電機(jī)的幾種不同形式，但是其實制約電動汽車發(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、充電時間這些用戶體驗最重要的部分。當(dāng)然，從汽車這個工業(yè)產(chǎn)品角度看，決定動力鋰電池的維度又要多好幾個，比如安全性、能量密度、單體標(biāo)稱電壓、使用壽命、應(yīng)用成本、低溫衰減能力等等，在這方面國際與國內(nèi)都有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，能夠上市銷售的車型肯定首先要達(dá)標(biāo)。

相信很多關(guān)注電動汽車的朋友關(guān)于三元鋰離子電池不會陌生，大名鼎鼎的特斯拉采用的就是這種電池。而國內(nèi)的電池巨頭比亞迪在過去很長一段時間內(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？它為何會突然成為動力鋰電池的寵兒呢？

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)實際要調(diào)整。

安全性是重中之重

三元鋰離子電池的特點是能量密度大，電壓更高，所以同樣重量的電池組電池容量更大，車子跑的距離也就更遠(yuǎn)，速度也能更快。但是其弱點在于穩(wěn)點性較差，假如內(nèi)部短路或是正極材料遇水，都會有明火出現(xiàn)。所以一般18650電池都會有一層鋼殼保護(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)一定溫度時發(fā)生分解，三元鋰材料會在更低的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)。說簡單點，就是三元鋰材料比磷酸鐵鋰材料更容易著火。不過要注意的是，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、短路也不會爆炸燃燒，遭到350℃的高溫也不會起火（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。

正因為三元鋰材料有這樣的安全隱患，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，廠商在過充保護(hù)（OVP）、過放保護(hù)（UVP）、過溫保護(hù)（OTP）、過流保護(hù)（OCP）這幾個環(huán)節(jié)上都會下不少的功夫。特斯拉之所以關(guān)于安全性有信心，就是因為它有一整套電池管理系統(tǒng)，能夠?qū)⒒钚愿叩娜囯x子電池管理地更好。當(dāng)然，伴隨著越來越多的電池公司、車企還有專業(yè)的電池管理公司在這個領(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/電池厚度/電池寬度/電池長度，基本單位為Wh/kg（瓦時/千克）。電池的能量密度越大，單位體積內(nèi)存儲的電量越多。

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，不得不說國家政策關(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)汽車動力鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方法》通知，明確指出了將提高電池比能量作為今后的重點發(fā)展目標(biāo)之一。

以下三點為重點：

1.到2020年，鋰離子動力鋰電池單體比能量大于300Wh/kg；系統(tǒng)比能量爭取達(dá)到260Wh/kg；成本小于1元/瓦時；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.力爭實現(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)化和整車應(yīng)用。

事實上，正是由于這個發(fā)展方向，三元鋰離子電池的春天才算是真正到來，因為磷酸鐵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。

有關(guān)電池壽命的問題

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%。也就是說充滿電只能跑原來里程的一半。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小時率）使用，可達(dá)到2000次的循環(huán)性。不過，磷酸鐵鋰離子電池有一個致命的缺點，那就是低溫性能較差，即使將其納米化和碳包覆也沒有解決這一問題。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)過不到100次的充放電循環(huán)，電量將急劇衰減至500mAh，基本就報廢了。所以在北方，這種電池的工況實在是讓人擔(dān)憂的。

三元鋰離子電池這個名稱很響亮，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，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，在商用車領(lǐng)域，如大巴車，空間較大，對電池比能量和比功率要求相對較低，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：

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)于新能源汽車來講，我們平時說的鋰離子電池，就是指鋰離子電池。

我們來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，隔膜四個部分組成：

電池充電時，正極上鋰原子電離成鋰離子和電子（脫嵌），鋰離子經(jīng)過電解液運動到負(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，嵌在負(fù)極碳層中的鋰原子，失去電子（脫插）成為鋰離子，通過電解液，又運動回正極（嵌入）；

鋰離子電池的充放電過程，也就是鋰離子在正負(fù)極間不斷嵌入和脫嵌的過程，同時伴隨著等當(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

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，我們來理一理不同類型鋰離子電池在市場的應(yīng)用情況。

先說說鈷酸鋰，作為鋰離子電池的鼻祖，當(dāng)然也可能是作為動力鋰電池先試試水，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，事實證明其并不適用作為動力鋰電池。為了彌補(bǔ)這個缺點，特斯拉運用了號稱世界上最優(yōu)秀的電池管理系統(tǒng)來保證電池的穩(wěn)定性。鈷酸鋰目前在3C領(lǐng)域的市場份額很大。

第二是錳酸鋰離子電池，重要最先由電池公司AESC提出，這個AESC來頭可不小，是日產(chǎn)和日本電氣股份有限公司（NEC）的合資。錳酸鋰代表車型是為日產(chǎn)聆風(fēng)，由于其價格低，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，也是正因為這種不溫不火的特性，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，且具有成本優(yōu)勢，特別適用于要經(jīng)常充放電的插電式混合動力汽車，但其缺點是能量密度一般。

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，但安全性相對較差。關(guān)于續(xù)航里程有要求的純電動汽車，其前景更廣，是目前動力鋰電池主流方向。