目前在新能源汽車上有兩個主流的電池技術路線，磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池，雖然這兩種電池在眾多應用領域展開競爭，但是以在新能源汽車領域的競爭為主線，因為這是國內(nèi)最大的鋰電池應用場景，既然要競爭，必然有比較，電池性價比的比較通過車的價格就可以進行了，而從性能上比較三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池哪個好，就要通過設置條件，得出兩種電池的實際參數(shù)來說明了。根據(jù)相關實驗室、新能源汽車廠家、動力電池生產(chǎn)廠家的實驗，雖然每家的測試不免存在具體參數(shù)上的細微差別，但對于兩種電池性能優(yōu)劣性的判斷趨于一致。為此，我們?nèi)〈硇缘膮?shù)來進行比較。

什么是三元鋰電池?

在自然界中，鋰元素是最輕的，原子質(zhì)量最小的金屬，它的原子量為6.94g/mol，ρ=0.53g/cm3。鋰化學性質(zhì)活潑，極易失去電子被氧化為Li+，因此標準電極電位最負，為-3.045V，電化學當量最小，為0.26g/Ah，鋰元素的這些特點決定了它是一種具有很高比能量的材料。三元鋰電池是指采用鎳鈷錳三種過渡金屬氧化物為正極材料的鋰二次電池。它充分綜合了鈷酸鋰良好的循環(huán)性能、鎳酸鋰的高比容量和錳酸鋰的高安全性及低成本等特點，利用分子水平混合、摻雜、包覆和表面修飾等方法合成鎳鈷錳等多元素協(xié)同的復合嵌鋰氧化物。是目前被廣泛研究和應用的一種鋰離子可充電電池。

三元鋰電池壽命

所謂鋰電池壽命是指電池在使用過一段時間后，容量衰減為標稱容量（室溫25℃，標準大氣壓，且以0.2C放電的電池容量）的70%，即可認為壽命終止。行業(yè)內(nèi)一般以鋰電池滿充滿放的循環(huán)次數(shù)來計算循環(huán)壽命。在使用的過程中，鋰電池內(nèi)部會發(fā)生不可逆的電化學反應導致容量下降，比如電解液的分解，活性材料的失活，正負極結構的坍塌導致鋰離子嵌入和脫嵌的數(shù)量減少等等。實驗標明，更高倍率的放電會導致容量更快的衰減，如果放電電流較低，電池電壓會接近平衡電壓，能釋放出更多的能量。

三元鋰電池的理論壽命約為800次循環(huán)，在商業(yè)化的可充電鋰電池中屬于中等。磷酸鐵鋰約為2000次，而鈦酸鋰據(jù)說可以達到1萬次循環(huán)。目前主流的電池廠家在其生產(chǎn)的三元電芯規(guī)格書中承諾大于500次（標準條件下充放電），但是電芯在配組做成電池包后，由于一致性問題，主要是電壓和內(nèi)阻不可能完全一樣，其循環(huán)壽命大約為400次。廠家推薦SOC使用窗口為10%~90%，不建議進行深度充放電，不然會對電池的正負極結構造成不可逆的損傷，若是以淺充淺放來計算的話，循環(huán)壽命至少有1000次。另外，鋰電池若是經(jīng)常在高倍率和高溫環(huán)境下放電，電池壽命會大幅下降到不足200次。

三元鋰電池優(yōu)缺點

三元鋰電池在容量與安全性方面比較均衡，是一款綜合性能優(yōu)異的電池。三種金屬元素的主要作用和優(yōu)缺點如下：

Co3+：減少陽離子混合占位，穩(wěn)定材料的層狀結構，降低阻抗值，提高電導率，提高循環(huán)和倍率性能。

Ni2+：可提高材料的容量（提高材料的體積能量密度），而由于Li和Ni相似的半徑，過多的Ni也會因為與Li發(fā)生位錯現(xiàn)象導致鋰鎳混排，鋰層中鎳離子濃度越大，鋰在層狀結構中的脫嵌越難，導致電化學性能變差。

Mn4+：不僅可以降低材料成本，而且還可以提高材料的安全性和穩(wěn)定性。但過高的Mn含量會容易出現(xiàn)尖晶石相而破壞層狀結構，使容量降低，循環(huán)衰減。

能量密度高是三元鋰電池的最大優(yōu)勢，而電壓平臺是電池能量密度的重要指標，決定著電池的基本效能和成本，電壓平臺越高，比容量越大，所以同樣體積、重量，甚至同樣安時的電池，電壓平臺比較高的三元材料鋰電池續(xù)航時間更長。單體三元鋰電池放電電壓平臺高達3.7V，磷酸鐵鋰為3.2V，而鈦酸鋰僅為2.3V，因此從能量密度角度來說，三元鋰電池比磷酸鐵鋰，錳酸鋰或者鈦酸鋰具有絕對優(yōu)勢。

安全性較差和循環(huán)壽命較短是三元鋰電池的主要短板，尤其是安全性能，是一直限制其大規(guī)模配組，和大規(guī)模集成應用的一個主要因素。大量實測表明，容量較大的三元電池很難通過針刺和過充等安全性測試，這也是大容量電池中一般都要多引入錳元素，甚至混合錳酸鋰一起使用的原因。500次的循環(huán)壽命在鋰電池中屬于中等偏下，因此三元鋰電池目前最主要的應用領域是3C數(shù)碼等消費類電子產(chǎn)品。

1.客車選比亞迪、轎車選特斯拉。這說的是二者體積上的差別。從目前的技術來看，三元鋰電池的能量密度普遍在200Wh/kg，未來可能達到300Wh/kg；而磷酸鐵鋰電池目前基本上徘徊在100~110Wh/kg，個別的可以達到130~150Wh/kg，但要突破200Wh/kg難度很大。因此，三元材料動力電池可以比磷酸鐵鋰提供多出一倍的空間來，這一點對于空間有限的轎車很重要。特斯拉生產(chǎn)三元鋰電池，比亞迪生產(chǎn)磷酸鐵鋰電池，故有“客車選比亞迪，轎車選特斯拉”之說。

2.同樣因為能量密度大，重量也小很多，重量輕和占用空間小決定了三元鋰電池新能源汽車耗電更少，因而速度更快，續(xù)航能力更強。所以，轎車選用三元鋰電池可以跑的更遠，而磷酸鐵鋰新能源汽車目前基本上還是用于城市大巴，因為一次續(xù)航不遠，需要在不長的距離內(nèi)有充電樁可以充電。

3.當然，客運大巴采用磷酸鐵鋰電池更核心的則是基于安全上的考慮。特斯拉轎車起火事故不止一起了，原因在于：特斯拉的電池組由7000塊左右的18650三元鋰電池組成，這些單位的電池或者整個電池組如有內(nèi)部短路會產(chǎn)生明火，遇到極端的碰撞事故，短路引致起火。而磷酸鐵鋰的材料遇到短路則不會燃燒，耐高溫性能比三元鋰電池優(yōu)越的多。

4.磷酸鐵鋰電池雖然耐高溫，但三元鋰電池耐低溫性能更好，是制造低溫鋰電池的主要技術路線，在零下20°C時，三元鋰電池能夠釋放70.14%的容量，而磷酸鐵鋰電池只能釋放54.94%的容量，且由于在低溫條件下，三元鋰電池的放電平臺遠遠高于磷酸鐵鋰電池電壓平臺啟動也更快。

5.充電效率，三元鋰電池更高。鋰電池充電是采用限流限壓法，即在第一階段做恒流充電，此時電流大，效率高。恒流充電達到一定電壓后，進入第二階段恒壓充電，此時，電流小，效率低。因此，衡量二者充電效率就用恒流充電電量與電池總容量的比值，稱為恒流比。實驗數(shù)據(jù)表明，10C以下條件充電時二者區(qū)別不大，但10C以上會拉開距離，在20C充電時，三元鋰電池的恒流比是52.75%，磷酸鐵鋰電池的恒流比是10.08%，前者是后者的5倍。

6.循環(huán)壽命方面，磷酸鐵鋰電池要優(yōu)于三元鋰電池，三元鋰電池的理論壽命是2000次，但基本上到1000次循環(huán)時，容量衰減到60%；就算業(yè)界最優(yōu)秀品牌特斯拉，經(jīng)過3000次也只能保持70%的電量，而磷酸鐵鋰電池經(jīng)過相同循環(huán)周期，還有80%的容量。

上述六個方面的比較大致可以得出二者的相對優(yōu)勢有助于回答三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池哪個好的問題：磷酸鐵鋰電池安全、壽命長、耐高溫；三元鋰電池重量輕、充電效率高、耐低溫，二者因此差異產(chǎn)生的因時因地的各自適應性是雙雄并存的原因所在。

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