講解一下電動(dòng)汽車中動(dòng)力鋰離子電池到底為何方“神物”

鋰離子電池四大關(guān)鍵材料：正極、負(fù)極、隔膜、電解液。

鋰離子電池充放電原理圖：

正極材料性能對(duì)比

隨著純電動(dòng)汽車政府補(bǔ)貼門檻提高，要求動(dòng)力電池能量密度越來越高。目前發(fā)展前景最廣闊的動(dòng)力鋰電池正極材料是三元材料（NCM/NCA)。隨著正極材料中鎳含量占比提高，電池能量密度提升，安全性能下降，制備難度上升，主流三元材料中333型、523型和622型NCM（如圖二所示）國(guó)內(nèi)均實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，811型能夠量產(chǎn)的廠家較少。
負(fù)極材料：是鋰離子電池重要組成部分，性能優(yōu)異的負(fù)極材料具備較高比能量、相對(duì)鋰電極的電極電勢(shì)低、充放電反應(yīng)的可能性好、與電解液兼容性好，約占鋰離子電池成本10%-15%。

負(fù)極材料性能對(duì)比

綜合成本和性能，目前電池負(fù)極材料以人造石墨為主，未來將以硅碳負(fù)極作為提升鋰電池能量的突破口。

電解液：號(hào)稱鋰離子電池的“血液”，承擔(dān)著運(yùn)輸鋰離子的重任，是鋰離子電池獲得高電壓、高比能等優(yōu)點(diǎn)的保證，同時(shí)也在一定程度上影響鋰離子電池的安全性，其成本約占鋰離子生產(chǎn)成本的5%-10%。

作用：鋰電池電解液是有機(jī)溶劑中溶有電解質(zhì)鋰鹽的離子型導(dǎo)體，是電池中是離子傳輸?shù)妮d體，在電池正負(fù)極之間起到傳輸能量的作用。

組成：電解液一般由高純度的有機(jī)溶劑、電解質(zhì)、添加劑等材料在一定條件下，按一定比例配置而成。

有機(jī)溶劑

常用電解液體系：EC+DMC，EC+DE，,EC+DMC+EMC，EC+DMC+DEC等。

電解質(zhì)鋰鹽

常用電解質(zhì)鋰鹽：六氟磷酸鋰（LiPF6）、四氟硼酸鋰（LiCLO4），從成本、安全性等方面考慮，六氟磷酸鋰是目前用的最多的。

添加劑

隔膜

主要作用：將鋰離子電池的正、負(fù)極隔開，只讓電解質(zhì)的離子通過以防止兩極接觸而短路。

性能：隔膜性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響電池的容量、循環(huán)以及安全性能等特性。

分類：對(duì)于不同鋰電池系列，由于電解液為有機(jī)溶劑體系，因而需要耐有機(jī)溶劑的膈膜材料一般采用高強(qiáng)度薄膜化的聚烯烴多孔膜。

三元鋰電池

三元鋰電池全稱是“三元材料電池”，一般是指采用鎳鈷錳酸鋰（Li（NiCoMn）O2，NCM）或鎳鈷鋁酸鋰（NCA）三元正極材料的鋰電池，把鎳鹽、鈷鹽、錳鹽作為三種不同的成分比例進(jìn)行不同的調(diào)整，所以稱之為“三元”，包含了許多不同比例類型的電池。從形狀上來區(qū)分，可分為軟包電池、圓柱電池和方形硬殼電池。其標(biāo)稱電壓可達(dá)到3.6-3.8V，能量密度比較高，電壓平臺(tái)高，振實(shí)密度高，續(xù)航里程長(zhǎng)，輸出功率較大，高溫穩(wěn)定性差，但低溫性能優(yōu)異，造價(jià)也比較高。磷酸鐵鋰電池

磷酸鐵鋰電池則是采用磷酸鐵鋰（LiFePO4）作為正極材料，用鐵來做電池原料一來成本低廉，二不含重金屬，對(duì)環(huán)境污染較小，工作電壓為3.2V。磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵穩(wěn)固，因此在零電壓存放時(shí)并不會(huì)有泄漏，高溫條件下或過充時(shí)安全性非常高，可快速充電，高放電功率，無記憶效應(yīng)，循環(huán)壽命高，缺點(diǎn)為低溫性能差，正極材料振實(shí)密度小，能量密度較低，產(chǎn)品的成品率和一致性也飽受質(zhì)疑。

這兩類電池各有所長(zhǎng)

高溫條件下，三元鋰電池的三元材料會(huì)在200℃時(shí)發(fā)生分解，產(chǎn)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，釋放出氧原子，并在高溫作用下極易發(fā)生燃燒或爆炸的現(xiàn)象，因此基于安全的考慮，我國(guó)工信部在2016年1月，通過特殊發(fā)文規(guī)定將三元鋰電池的使用暫時(shí)限制在純電動(dòng)客車之外。而磷酸鋰電池的分解溫度在800℃，更不容易著火，安全性相對(duì)較高。

低溫條件下（氣溫低于-10℃以下），磷酸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)的使用絕緣了；而三元鋰電池的低溫性能優(yōu)異，在-30℃條件下可保持正常電池容量，更適應(yīng)北方低溫地區(qū)的使用條件。

從制造成本上來看，三元鋰電池所必需的鈷元素在我國(guó)儲(chǔ)量較少，大部分靠海外進(jìn)口，受到市場(chǎng)波動(dòng)影響非常大，所以三元鋰電池的成本必然居高不下，而磷酸鐵鋰電池所需原材料無需進(jìn)口，供應(yīng)充足，價(jià)格穩(wěn)定，成本相對(duì)較低。

在實(shí)驗(yàn)條件下，磷酸鐵鋰電池循環(huán)5000次后，剩余容量為84%，1C（1C表示電池一小時(shí)完全放電時(shí)電流強(qiáng)度） 循環(huán)5 000 次后仍能保持80%以上的初始容量；三元鋰電池循環(huán)3900次后，剩余容量只剩下66%，1C循環(huán)2500次后就下降到80%初始容量。相比起來磷酸鋰電池的循環(huán)壽命要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于三元鋰電池。此外，磷酸鐵鋰電池能量密度為120Wh/kg，已經(jīng)基本達(dá)到理論極致，而三元電池的能量密度180Wh/kg，今后還有很大的提升空間。

前景

日本松下、韓國(guó)LG化學(xué)、三星SDI等多采用三元鋰電池的技術(shù)路線，比如新能源巨頭特斯拉就采用了松下的鎳鈷鋁酸鋰三元鋰電池，就是所謂的NCA，在Model S和Model X上采用的是松下18650電池組，而最新的MODEL 3采用了更大容量的21700圓柱體電池組。

國(guó)內(nèi)的新能源汽車企業(yè)在早期源于成本問題，大多采用磷酸鐵鋰電池作為能量來源，如比亞迪等企業(yè)則為磷酸鐵鋰電池的主力廠商，推出了秦、唐、宋等眾多明星產(chǎn)品，而現(xiàn)如今由于國(guó)家對(duì)于續(xù)航里程等補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)的提升，三元鋰電池市場(chǎng)份額在逐漸提升。

寫在最后

在與磷酸鐵鋰電池的競(jìng)爭(zhēng)中，三元鋰電池的安全問題有待提升，這始終是盤桓在汽車企業(yè)腦海中的陰影，連特斯拉Model X這樣的技術(shù)領(lǐng)先產(chǎn)品，也曾在國(guó)內(nèi)外多次發(fā)生電池組起火燃燒的事故。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，三元鋰電池有著磷酸鐵鋰電池不可比擬的高能量密度、耐低溫等特性，在新能源汽車發(fā)展的未來，三元鋰電池解決掉安全和成本問題之后，將徹底取代目前磷酸鐵鋰的市場(chǎng)地位，將成為新能源市場(chǎng)上的大勢(shì)所趨。