三元鋰離子動力電池和磷酸鐵鋰電池哪個要更適合電動汽車？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-05-14 19:30
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搜了很多有關(guān)鋰電池的問題，有很多的地方?jīng)]看懂，當(dāng)下小弟工作中面臨一個很大的選擇，兩款電動汽車，單從電池的角度上進行比較
1.三元鋰離子動力蓄電池：電池單體額定電壓/容量:3.75V/60 Ah; 電池模塊額定電壓/容量:18.75V/120Ah
2.磷酸鐵鋰電池：總標(biāo)稱容量62.5Ah，標(biāo)稱電壓320
從經(jīng)濟性和壽命以及充電時間上講這兩款電池哪個要合適一點
先給結(jié)論：三元材料在電池比能量、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材料優(yōu)勢明顯，在安全方面磷酸鐵鋰電池也優(yōu)于三元材料。在選用電池時可根據(jù)不同用途選擇，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，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。
下面就安全性、能量密度、單體標(biāo)稱電壓、使用壽命、應(yīng)用成本、低溫衰減能力等方面分析磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池優(yōu)劣。
安全性：
三元鋰電池：三元鋰電池如果內(nèi)部短路或是正極材料遇水，都會有明火產(chǎn)生。所以一般三元鋰電池都會有一層鋼殼保護。特斯拉給電池組進行了全方位的保護，但是在極端的碰撞事故中，起火隱患還是有的。
磷酸鐵鋰電池：磷酸鐵鋰電池則要穩(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（三元鋰電池在180-250℃就扛不住了）。所以在安全性能上，磷酸鐵鋰電池略勝一籌。
能量密度：
三元鋰電池：三元鋰電池的能量密度大，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。
使用壽命：
三元鋰電池：三元鋰電池的理論壽命是2000次充放電循環(huán)，但在實際使用中，當(dāng)進行900次的充放電循環(huán)后，電池容量就基本衰減到了55%。但如果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，但這需要非常優(yōu)秀的電池管理系統(tǒng)。
磷酸鐵鋰電池：磷酸鐵鋰電池即便是經(jīng)過3000次0-100%的充放電使用，容量也才會衰減到80%，所以磷酸鐵鋰電池的電池管理系統(tǒng)就沒那么復(fù)雜，也就進一步降低了整車研發(fā)成本。
應(yīng)用成本：
咱們國家的鋰礦、氧化鐵磷酸鹽儲量豐富，制造磷酸鐵鋰電池有優(yōu)勢。而我國缺乏鈷礦，制造必須采用鈷元素的三元鋰電池會有些困難。所以，我國許多車企（包括電池企業(yè)）發(fā)展磷酸鐵鋰電池是很現(xiàn)實的。
所以，現(xiàn)在市面上采用三元鋰電池的電動車，動力電池基本都是國外品牌產(chǎn)品（日本松下，韓國SK等），價格也相應(yīng)要比采用磷酸鐵鋰電池的車型（同級別）貴一些。
低溫衰減能力：
三元鋰電池在低溫時的放電性能要優(yōu)于磷酸鐵鋰電池。
三元鋰和磷酸鐵鋰都是動力電池的正極材料，對電池能量密度有著決定性作用，所以在電池命名規(guī)則上，多以正極材料來命名，三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池的由來皆是如此。
國內(nèi)的新能源汽車企業(yè)，早期大多采用磷酸鐵鋰電池作為能量來源。
磷酸鐵鋰電池則是采用磷酸鐵鋰（LiFePO4）作為正極材料，用鐵元素來做電池原料，一來成本低廉，二安全性較高。磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵非常穩(wěn)固，難以分解，即便在高溫或過充時也不會發(fā)生結(jié)構(gòu)崩塌發(fā)熱或形成強氧化性物質(zhì)，擁有良好的安全性。因此，國內(nèi)的新能源汽車企業(yè)，早期大多采用磷酸鐵鋰電池作為能量來源。
三元鋰電池到底是哪三元？
三元鋰電池的“三元”指的是包含鎳（Ni）、鈷（Co）、錳（Mn）或鋁（Al）三種金屬元素的聚合物，在三元鋰電池中做正極。三者缺一不可，在電池內(nèi)部發(fā)揮巨大的作用。
- 鎳：主要作用是提升電池的體積能量密度，是提升續(xù)航里程的主要突破口，但含量過多會導(dǎo)致鎳離子占據(jù)鋰離子位置（鎳氫混排），導(dǎo)致容量下降。
- 鈷：抑制陽離子的混排，用以提升穩(wěn)定性和延長電池的壽命，此外，也決定了電池的充放電速度和效率（倍率性能），但過高的鈷含量會導(dǎo)致實際容量降低。
- 鋁或錳：鈷是十分昂貴的稀有金屬成本高昂，錳或鋁的作用在于降低正極材料成本，同時提升電池的安全性和穩(wěn)定性。
三元鋰離子電池PK磷酸鐵鋰電池，誰更厲害？
如題主所問，兩者誰更適合電動汽車？先來看看以下幾個維度的對比：
高溫安全性比較：
- 三元鋰電池的三元材料會在200℃時發(fā)生分解
- 磷酸鐵鋰電池的分解溫度在800℃，更不容易著火，安全性相對較高
低溫衰減性能比較：
- 三元鋰電池的低溫性能優(yōu)異，在-20℃條件下可保持正常電池容量的約70%~80%，磷酸鐵鋰電池在-20℃條件下只能保持正常電池容量的約50%~60%，顯然三元鋰電池更適應(yīng)北方低溫地區(qū)的使用條件
- 氣溫低于-10℃，磷酸鐵鋰電池衰減得非常快，經(jīng)過不到100次充放電循環(huán)，電池容量將下降到初始容量的20%，基本與寒冷地區(qū)的使用絕緣
制造成本比較：
- 三元鋰電池所必需的鈷元素在我國儲量較少，大部分靠海外進口，所以三元鋰電池的成本必然居高不下
- 磷酸鐵鋰電池所需原材料無需進口，供應(yīng)充足，價格穩(wěn)定，成本相對較低
能量密度比較：
- 三元鋰電池的能量密度較高，通過調(diào)節(jié)鎳、鈷、錳（或鋁）三種金屬元素比例，還有極大的提升空間
- 磷酸鐵鋰電池能量密度較低，基本已經(jīng)達到理論極致
能量密度、低溫性能，倍率性能等方面，三元鋰離子電池綜合性能優(yōu)于磷酸鐵鋰電池，但是在穩(wěn)定性以及成本上，磷酸鐵鋰電池占據(jù)優(yōu)勢。在目前的應(yīng)用市場上，新能源客車的電池主要為磷酸鐵鋰電池，而三元鋰離子電池因其優(yōu)勢成為乘用車商業(yè)化首選。
在國家補貼新政對能量和續(xù)航提出更高要求后，在小型乘用車領(lǐng)域，三元鋰電池已經(jīng)全面取代磷酸鐵鋰電池。
裝同等重量的電池，磷酸鐵鋰電池可以行駛350公里，但是三元鋰電池可以行駛500公里。此外，三元鋰離子電池還可以通過不同的摩爾比，讓電池呈現(xiàn)不同的特性，如333體系（鎳鈷錳比例1：1：1）、523體系（鎳鈷錳比例為5：2：3）、622體系（天際ME7用的就是萬向622體系軟包電芯）、811體系等。其中，第一個數(shù)據(jù)鎳的占比越高，續(xù)航越高，但是成本更高，安全性也較低；最后的數(shù)據(jù)錳（或鋁）的比例越高，續(xù)航偏低，成本更低。
在高密度、高續(xù)航的背后，必須承擔(dān)鎳化學(xué)性能活潑帶來的安全隱患。連特斯拉Model X這樣的技術(shù)領(lǐng)先產(chǎn)品，也曾在國內(nèi)外多次發(fā)生電池組起火燃燒的事故。在動力電池的淘汰賽中，三元鋰電池的安全性提升是至關(guān)重要的命題，也是每一個新能源車企必須解決的核心問題。在天際ME7上，我們也用自己的方式實現(xiàn)關(guān)于電池安全的承諾。
電芯：萬向最新一代三元622體系軟包電芯
- 重量輕，容量大，安全性能好，電芯能量密度達258wh/kg
- 通過USABC針刺測試EUCAR2，實現(xiàn)不冒煙，不起火，不爆炸、不漏液
- 電芯符合國標(biāo)GB/T 34013-2017和VDA標(biāo)準(zhǔn)模組，尺寸規(guī)范化
模組：采用VDA標(biāo)準(zhǔn)模組進行標(biāo)準(zhǔn)化開發(fā)
- 模組生產(chǎn)為全新設(shè)計的自動化產(chǎn)線，模組從上料、成組、焊接、下線檢測等均與設(shè)備自主完成，可有效的保證產(chǎn)品質(zhì)量及一致性
Pack：上海捷新的電池集成
- 具有主動熱管理系統(tǒng)，低溫加熱充電、低溫行駛加熱、溫度均衡、高溫冷卻、系統(tǒng)保溫等功能，實現(xiàn)電池壽命和安全的最優(yōu)策略
- 電池系統(tǒng)具有電池狀態(tài)監(jiān)測，故障診斷處理、充放電保護、碰撞保護、絕緣保護，手動斷電等多重安全保護
電池托架：陶瓷鋁合金高強度電池托架
- 強化劇烈碰撞情況下對動力電池組的防護能力，輕量化設(shè)計優(yōu)化整車質(zhì)量
除此之外，我們還在積極探索和布局未來電池技術(shù)，比如更安全更高效的固態(tài)電池。天際汽車是同行業(yè)中率先布局固態(tài)電池技術(shù)的新能源整車企業(yè)，目前已和臺灣輝能簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，按照目前的技術(shù)研發(fā)迭代進度，2021年天際汽車將在乘用車上逐步小批量使用固態(tài)電池，整車?yán)m(xù)航和安全能力將會得到極大提升。相信，屆時關(guān)于動力電池的爭議，會涌現(xiàn)更多更好的答案。
