相信很多人都聽說過，新能源車用的動力電池分為三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池兩種。那么，這兩種不同材質的電池在性能上有些什么樣的區(qū)別？是什么造成了這些區(qū)別呢？由于政府補貼傾向性的變化，過去在磷酸鐵鋰電池領域已經實現量產的比亞迪，又開始轉向三元鋰的大規(guī)模開發(fā)，這其中又有什么原由？

鋰電池的結構原理

如果見過鋰電池電芯的話一定知道，它的外觀跟我們常用的5號電池差不多，只是尺寸稍微大一點。我們從外部就能看到電池的正極和負極，以及整個電池的外殼。而電池內部的結構和工作原理又是怎樣的呢？

電池內部主要由正極、負極、電解液和隔膜4部分組成，這些材料被封裝在一個圓柱形的鋼瓶內。由于正極材料上有很多微型的孔洞，所以可以儲存大量電子。在放電過程中，這些電子通過外電路，移動到正極材料上。當電池接通外部用電器之后，會形成從正極到用電器再到負極的回路。這就是電池的基本工作原理。

鋰電池的基本充放電原理圖

負極材料其實是我們很常見的石墨。由于石墨天然具有很多孔洞，并且導電性好，其能夠抓住電子的容量要大大超過正極材料。所以對于鋰電池來說，主要的瓶頸卡在正極材料上。這也是各大電池公司為了提高鋰電池的帶電量（能量密度），不斷的在對正極材料性能進行改進的原因。我們常說的三元鋰和磷酸鐵鋰，指的都是正極材料。

被封裝好的電芯（圓柱形）

在傳統(tǒng)的鉛酸電池領域，電解液采用的是成本極低的稀硫酸。這也是為什么我們有時在更換汽車電瓶時，一個新電瓶在首次使用的時候需要往里面加注一次液體，這個液體就是電解液。由于稀硫酸的主要成分是水，水在酸性粒子的作用下會產生導電性，所以可以在電池內部行成電流回路。但由于水的導電性差，傳統(tǒng)鉛酸電池的電壓只有不到2伏，而我們使用的鋰電池，單個電芯的電壓可以達到3-4伏，所以需要用鋰鹽來替代傳統(tǒng)的水基電解液。

隔膜的作用是用來阻斷電子，讓電子沿著外電路路徑流動，但離子可以通過隔膜，這樣既能行成回路，又不會讓正負極短路。

鋰電池的充放電原理

鋰電池之所以能夠充放電，其本質是在充電時把電能轉化為化學能，在放電時把化學能轉換成電能的過程。簡單說就是，充電時鋰離子從正極材料通過電解質嵌入到負極材料中；放電時鋰離子從負極材料經過電解質嵌入到正極材料中，而電子則通過外電路，形成電流。對于鋰離子電池而言，正極材料的性能至關重要，它必須具備良好的導電性能、與電解質有良好的相容性以及出色的穩(wěn)定性。

磷酸鐵鋰和三元鋰的性能區(qū)別

磷酸鐵鋰電池有著較高的安全性和較長的循環(huán)壽命。有實驗驗證過，經過1600次充放電循環(huán)后，磷酸鐵鋰電池仍然可以具備80%的帶電量。不僅如此，在大功率放電過程中，磷酸鐵鋰電池的表現也非常穩(wěn)定。這是我們經常遇到的使用場景：在急加速或者跑高速時，電池需要大功率放電，而在這個過程中，電壓的穩(wěn)定能讓車輛具備更好的性能。而且在大功率放電過程中電池的實際容量會減小，這也是為什么電動車跑高速續(xù)航里程會降低的原因之一，而磷酸鐵鋰電池在穩(wěn)定性方面的表現非常突出。

純電動車使用的電池包和電動機總成

磷酸鐵鋰的另一個優(yōu)點是安全性高。可耐受700-800度高溫，對于穿刺、撞擊、短路等極端形況不會釋放出氧分子，所以不會劇烈燃燒爆炸。這也是為什么比亞迪至今仍然在載客人數較多的客車中使用磷酸鐵鋰電池的原因。因為客車載客人數多，相比乘用車對安全性要求更高，但對重量和體積又沒那么敏感，所以磷酸鐵鋰是非常好的選擇。

不過磷酸鐵鋰也有兩個不容忽視的缺點：第一是能量密度相對較低、重量大體積大；第二是對溫度相對敏感，低溫環(huán)境下，帶電量會明顯下降。由于能量密度達不到國家規(guī)定的150瓦時/千克的要求，所以不適合大規(guī)模應用在乘用車中。

帶水冷系統(tǒng)和均衡控制的電池包總成

三元電池中現在主要有兩種技術路線，分別是鎳鈷錳和鎳鈷鋁，其中又以鎳鈷錳三種元素的組合最具代表性。它結合鈷酸鋰，鎳酸鋰和錳酸鋰三種材料的優(yōu)勢，實際上是把三種材料整合在了一起。所以其綜合性能比單一材料要更好，其能量密度可以超過200瓦時/千克，所以能量密度是三元鋰的最大優(yōu)勢。

但是與磷酸鐵鋰相反的是，三元鋰的安全性較差，最高耐受溫度為250-300度。所以遇到撞擊、穿刺，很容易發(fā)生起火爆炸。所以對于冷卻系統(tǒng)，以及整個電池包的熱管理系統(tǒng)需要投入更高的成本開發(fā)和設計。

三元鋰電池正在高速普及應用

由于國家在乘用車領域的政策引導，把能量密度放到了比較高的位置，所以各個車企都在推進或者換裝三元鋰電池。即便是之前掌握磷酸鐵鋰技術優(yōu)勢的比亞迪，也在逐步把旗下車型使用的動力電池換裝成三元鋰。這些車型包括：唐、秦還有騰勢等等。雖然現在采用三元鋰電池的騰勢還沒有上市銷售，但有消息稱，下一輪新產品將會使用三元鋰電池。

包括日系廠商的雅閣、凱美瑞混動版，現在最新銷售的車型也都在使用三元鋰電池。使用三元鋰之后，由于能量密度顯著提高、電池體積減小、重量減輕，給乘員艙或后備箱騰出了更多實用空間。所以，整體來說，三元鋰電池在當下政策環(huán)境下擁有更加明顯的優(yōu)勢。