新能源車都在用哪些電池？ 哪個更靠譜
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-07 21:54
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從購買成本來看，二次電池的成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一次電池；可它的優(yōu)點也非常明顯，可以重復(fù)充電使用
從這里延伸出去，把電池的購買成本折合到使用壽命中上，也就是從整個使用周期的角度談?wù)撌褂贸杀荆@種計算方式我們將其稱為相對使用成本，即從購買成本和整體使用壽命的比值的角度來衡量電池是否物有所值，這也是行業(yè)內(nèi)比較通用的說法。
舉個例子：一節(jié)南孚5號電池，售價2元，放在四驅(qū)車上跑20分鐘就沒電了，相對使用成本就是0.1元/分鐘；而一節(jié)最普通的三洋Eneloop 5號充電電池，售價32.5元，循環(huán)壽命約為2100次，充電一次可以讓四驅(qū)車跑25分鐘，相對使用成本便大幅下降到0.0006元/分鐘，相對使用成本驟降170多倍。
如果是你，你會選擇哪種？對于我來說，毫無疑問會選擇售價更高，但相對使用成本更低一些的后者。
在成熟的工業(yè)體系中，各大車企同樣都是盡可能趨利避害的，所以，新能源車中廣泛采用的電池，無一例外都是可以重復(fù)使用，且成本足夠低的二次電池。畢竟新能源車不是小時候玩的四驅(qū)車，可以隨時換電池。
當(dāng)然，也有一些腦洞大開的企業(yè)準(zhǔn)備或正在效仿四驅(qū)車中的換電模式，并已經(jīng)有了一些初步的嘗試，這一部分我們留在特別企劃的第20和第21篇文章中向大家介紹，在這里就不贅言了。
知道了二次電池，你就可以打開自己的引擎蓋和別人說道說道了，趕緊看看你身邊還有哪些常見的二次電池吧！
iPhone用的便是單體式鋰離子電池，也是二次電池中一個很重要的分類
PART2：二次電池都有啥？各自的優(yōu)缺點都是什么？
初步認(rèn)識了二次電池只是萬里長征的第一步，你總不能隨身揣著一節(jié)“超霸GP”跟朋友吹牛吧。要想更深入的了解二次電池，咱們必須深入電池的內(nèi)部來解析。所以接下來的內(nèi)容基本都是藏在電池內(nèi)部的或很抽象的東西，也是寫給“鋼鐵直男們”的一份《少數(shù)派報告》。擦亮眼睛，我們發(fā)車?yán)玻?/div>
電動車整車研發(fā)工程師絞盡腦汁追求的，簡單說就是： 如何花最少的錢，既可以讓車跑得遠(yuǎn)，加速快，電池組放在車?yán)镞€不占空間，碰撞時不起火，最好電池組的壽命能和整車的壽命大體一致，這樣還能省下開個6-7年后換電池組的錢。對于動力電池來說這樣的要求更具挑戰(zhàn)性——完美符合上述條件的電池就沒幾種，何況還得考慮成本，施展的空間著實不多。
于是，動力電池工程師們從品類繁多的二次電池中，挑選出了幾種比較適宜大規(guī)模量產(chǎn)應(yīng)用的電池。
目前可以實現(xiàn)量產(chǎn)并大規(guī)模列裝的動力電池主要有三種技術(shù)路線（綠燈部分）：
1、 以豐田Mirai、本田Clarity以首的氫燃料電池陣營，量產(chǎn)車型不多，但最被給予厚望。
2、 以三元鋰、磷酸鐵鋰電池為代表的鋰離子電池陣營，主要運用在純電動車中，常見的北汽新能源、比亞迪、特斯拉等均隸屬于這個陣營。
3、 以高壓鎳氫電池為代表的鎳氫電池陣營，主要運用在各大品牌的混動（HEV）車型中。
那么，你肯定會問了：氫燃料電池、鋰離子電池和鎳氫電池是怎么擊敗對手脫穎而出的呢？原因就總結(jié)起來一句話：確認(rèn)過眼神，我遇上對的人。
讓我們來看看那些“不對”的孩子們：
一、 鉛酸電池（VLRA）：車載蓄電池，但能量密度太低導(dǎo)致續(xù)航里程太低，不適宜作動力電池，pass！
鉛酸電池常見于為車載12V電網(wǎng)和各類用電器供電的蓄電池。它的優(yōu)點在于售價便宜，一塊好一點兒的瓦爾塔不過三五百塊；低溫儲電和放電能力強，冰天雪地里拖得動起動機，東北小伙伴必備； 安全性能好，最嚴(yán)重不過里面的硫酸溶液泄露腐蝕金屬，起碼不易導(dǎo)致火災(zāi)。
缺點不多，但特別致命：能量密度低，續(xù)航里程過短。你會為一輛續(xù)航里程不到100公里的新能源車買單嗎？想必不會，90年代的美國人同樣如此，這也直接導(dǎo)致了搭載鉛酸蓄電池的通用EV1的失敗。
通用EV1，在新能源車發(fā)展歷史上具有里程碑意義，可惜最大續(xù)航里程不過可憐的144公里。在實際的道路行駛時，如果遭遇寒冬，還將大幅跳水至96-112公里左右，加之過長的充電時間給它的使用了帶來極大的不便。
問世6年后，通用于2002年正式停止了這一項目，并將所有的量產(chǎn)車回收銷毀，僅有少量“存貨”流傳于世。至此，鉛酸蓄電池做動力電池這一條技術(shù)路線也隨著EV1的消失而徹底停擺。
二、 鎳鉻電池（Ni-Cd）：存在記憶效應(yīng)，不適宜作動力電池！PASS！
排除了能量密度低的鉛酸電池，工程師們緊接著排除了鎳鉻電池Ni-Cd。原因很簡單，Ni-Cd電池存在嚴(yán)重影響電池壽命和容量的“記憶效應(yīng)“。
什么是記憶效應(yīng)呢？舉個例子，當(dāng)你在鎳鎘電池還剩30%電量的時候拿去充電，它會錯誤的以為自己只能儲存70%的電，剩余的30%容量就被白白浪費了。所以，在使用Ni-Cd電池時，需要完全放電和完全充電，才能避免記憶效應(yīng)。
如果將這種電池作為新能源車的動力電池，那么你的生活將陷入”出門-跑沒電-叫救援-充電-出門-跑沒電-叫救援“的惡性循環(huán)，顯然不符合邏輯。工程師內(nèi)心OS：要不起，過！
突圍成功的孩子們：我就是我，顏色不一樣的煙火！
當(dāng)鉛酸電池和Ni-Cd鎳鎘電池躲在角落哭泣的時候，突圍成功的孩子們則在暗自慶幸：自己終于能為人類的未來出一把力。它們分別為：鎳氫電池Ni-MH、燃料電池Full Cell和鋰離子電池Li-ion。
其中，鋰離子電池可根據(jù)正極材料分為6種，分別是：
1、磷酸鐵鋰電池LFP（LiFePO4）
2、鈷酸鋰電池LCO（LiCoO2）
3、鎳酸鋰電池LNO（LiNiO2）
4、錳酸鋰電池LMO（LiMn2O4）
5、鎳鈷錳酸鋰電池NCM（LiNixCoyMn（1-x-y）O2）
6、鎳鈷鋁酸鋰電池NCA（LiNixCoyAl（1-x-y）O2）
5、6這兩個化學(xué)式和名字都超長的電池就是大家耳熟能詳?shù)娜囯姵?，而比亞迪自己口中的鐵電池，指的就是磷酸鐵鋰電池。這6種鋰離子電池究竟孰優(yōu)孰劣呢？咱們不妨對比一下。
圖中的制造成本實際上指制造成本優(yōu)勢，由內(nèi)到外優(yōu)勢遞增
是不是看上去有點亂，沒關(guān)系，我們來捋一捋這6種鋰離子電池的優(yōu)缺點。
6種鋰離子電池的優(yōu)缺點
一、 磷酸鐵鋰電池LFP ：
優(yōu)勢在于穩(wěn)定安全成本低；缺點在能量總值低、續(xù)航短
作為比亞迪過去7-8年來的主打動力電池，磷酸鐵鋰電池LFP能量密度很低，3.4V的最大電壓也限制了它的能量表現(xiàn)（注：電池蘊含的能量（Energy）等于電池容量（單位Ah）乘以電壓（單位V），LFP電池單體的容量本身就比三元鋰電池低一些，電壓還要再低一些，乘出來的數(shù)值自然比較?。?，但由于化學(xué)性能異常穩(wěn)定，循環(huán)壽命長（多達(dá)4000多次），量產(chǎn)成本低，在新能源車曾有較為廣泛的應(yīng)用，如比亞迪初代秦和唐EV、比亞迪E6、騰勢300/500、東風(fēng)風(fēng)神E30、雪佛蘭Volt等。
二、 鈷酸鋰電池LCO：
性能一般易過熱，但制造標(biāo)準(zhǔn)國際公認(rèn)，且良品率、單體一致性極高，適宜量產(chǎn)，特斯拉早期最愛
作為鋰離子動力電池的鼻祖，其最先被特斯拉裝在旗下首款量產(chǎn)車型——Roadster上，隨后問世的Model S也理所應(yīng)當(dāng)?shù)睦^承了這一設(shè)定，鈷酸鋰電池LCO中的明星單品就是特斯拉早期產(chǎn)品中采用的松下鈷酸鋰18650型電池。
仔細(xì)觀察，你會發(fā)現(xiàn)鈷酸鋰電池LCO在能量密度、比功率、使用壽命方面的表現(xiàn)并不突出，屬于各方面表現(xiàn)都中不溜的水平，且在成本和安全性上基本沒有優(yōu)勢，但特斯拉的青睞不是沒有道理的：鈷酸鋰18650電池單體一致性和良品率比較高，也是國際公認(rèn)的制造標(biāo)準(zhǔn)，非常利于大批量生產(chǎn)。
甚至有人這樣調(diào)侃鈷酸鋰18650的穩(wěn)定性：如果你的測量儀器認(rèn)為剛下線的任意一節(jié)18650有問題，那么恭喜你，儀器該修了。
鈷酸鋰電池LCO一個十分致命的缺點在于容易過熱，如果電池組內(nèi)部溫度控制不佳的話很容易發(fā)生起火事故。而特斯拉的解決方案也很粗暴直接，為旗下車型配備了號稱世界上最頂尖的電池管理系統(tǒng)來保證電池的穩(wěn)定性。此外，
三、 鎳酸鋰電池LNO：
能量密度最大，但最不耐用，也最不安全
要想知道什么叫挑戰(zhàn)與機遇并存，來看看鎳酸鋰電池LNO就知道了。其理論質(zhì)量能量密度為274mAh/g，實際量產(chǎn)產(chǎn)品約為190~210mAh/g，遠(yuǎn)超鈷酸鋰電池LCO的量產(chǎn)140和磷酸鐵鋰電池LFE的170，且2.5V-4.2V的工作電壓并不低，用來驅(qū)動電機非常強力。
不過，其致命缺點在于十分苛刻的制造條件和較差的熱穩(wěn)定性，前者直接導(dǎo)致商業(yè)化使用的艱難，后者則帶來了較大的安全隱患。此外，鎳酸鋰電池LNO的循環(huán)壽命較差，不太適宜在需要多次大量充放電的新能源車上使用。
四、 錳酸鋰電池LMO：
成本最低，耐低溫性能好，但能量密度低，循環(huán)性能差、高溫易分解
從成本方面來看，錳酸鋰電池LMO是最理想的選擇。由于錳在自然界的廣泛存在，其成本優(yōu)勢相當(dāng)明顯，體現(xiàn)在售價上就是便宜，其也是今天出場的所有鋰離子電池中最便宜的一個！此外，錳酸鋰電池LMO耐低溫性能較好，寒冷的地區(qū)也可以使用，倍率下放電能力強，大規(guī)模生產(chǎn)制備比較容易。
缺點是這種材料本身高溫下非常不穩(wěn)定（但也好過特斯拉用的鈷酸鋰電池LCO），壽命也不長、容量衰減明顯。
很明顯，拿錳酸鋰電池LMO做純電動車，是很有挑戰(zhàn)性的。所以，真正拿出量產(chǎn)車型的廠家并不多，日產(chǎn)Leaf是其中比較有代表性的一個。
五、 鎳鈷錳酸鋰電池NCM（六、鎳鈷鋁酸鋰電池NCA）：
能量密度和比功率完勝，、循環(huán)壽命不差，但安全性略差且成本高
純電動車首選?。?！鎳鈷錳酸鋰電池和鎳鈷鋁酸鋰電池在性能上差別不大，市面上常見的三元鋰電池說的便是這對“好兄弟”。
這類電池的優(yōu)勢在于能量密度較大，比功率理想且可控，2000次左右的循環(huán)壽命在一天一充的情況下可用約6年，基本滿足整車壽命周期的需求。不過相對于化學(xué)性能極其穩(wěn)定的磷酸鐵鋰電池LFP，三元鋰電池在充電過熱時容易產(chǎn)生氧氣，導(dǎo)致電池鼓包現(xiàn)象，這也是目前NCM和NCA需要解決的問題。
目前主流的解決方案有三種：一是調(diào)節(jié)電解液的成分，二是進(jìn)一步優(yōu)化隔膜材料，三是研發(fā)更先進(jìn)的熱管理系統(tǒng)和BMS電池控制系統(tǒng)。不過這些方法能做到的只是盡可能降低三元鋰電池出問題的幾率，根治是不可能的。
在這里需要辨析一個問題，那就是三元鋰電池的成本高，是指單位質(zhì)量的成本很高（rmb/kg），也就是購買的成本很高；但是考慮到單位質(zhì)量的三元鋰電池在能量密度上的優(yōu)勢，折算成單位能量密度成本rmb/Wh的話，三元鋰電池較前面提到的五種鋰離子電池還是有不小的優(yōu)勢的，起碼不差。
至此，6種鋰離子電池的優(yōu)缺點便介紹完了，內(nèi)容不少，一次性全記住不現(xiàn)實。不過沒關(guān)系，我做了一張圖表，大家可以保存在手機里，選購電動車時掏出來一看，你就是周圍100米內(nèi)最厲害的汽車達(dá)人！
簡單總結(jié)一下，鋰離子電池的應(yīng)用就是一個相互博弈的過程——每種鋰離子電池都有它的優(yōu)勢和不足。大家選購新能源車，肯定希望它跑得又快又遠(yuǎn)，所以，能量密度和比功率均完勝對手的三元鋰電池脫穎而出，成為目前市場中的主流。
除了上述提到的六種鋰離子電池外，常見的動力電池還有豐田系HEV常用的高壓鎳氫電池Ni-HM，以及被給予厚望的氫燃料電池，咱們也一并了解一下！
一、 鎳氫電池Ni-MH：比功率極大、但不宜滿充滿放，適宜HEV車型使用
凱美瑞雙擎便采用了鎳氫蓄電池作為動力電池組
車作為交通工具，追求通行效率和高速行駛能力，這也就要求其有充沛的動力。實現(xiàn)的方法有三種：輕量化，高性能電機或高比功率動力電池。換言之，不同動力結(jié)構(gòu)的新能源車對于電池的功率輸出特性要求上完全不一樣的。
鎳氫電池Ni-MH雖然在能量密度上遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于NCM或NCA等主流鋰離子電池，但其比功率上（一只單體的充放電功率能力或者說單位質(zhì)量或者單位體積電芯的充放電功率能力）卻完勝一眾對手，屬于高功率型動力電池，正好對應(yīng)了HEV車型需要電池組提供動力時對瞬時功率和瞬時電流要求較高的需求。
其實這不難理解，HEV車型不需要靠純電行駛太遠(yuǎn)，只需要在啟動、低速行走或需要油電同驅(qū)時提供充沛的動力就足夠了，而大功率充放電是Ni-MH和鋰離子電池相比很重要的一個優(yōu)勢。
雷克薩斯CT200h采用的動力電池組也為鎳氫蓄電池
此外，豐田系HEV采用Ni-MH的另一個原因在于其充電特性適宜淺充淺放，利用BMS系統(tǒng)將電池的利用區(qū)間限定在30%~80%之間，有效的保證了循環(huán)壽命，所以，幾十萬公里的普銳斯HEV或CT200h沒有換過電池其實是一件稀松經(jīng)常的事兒。對了，不同于LFP或LNO等含有重金屬的鋰離子電池，鎳氫電池Ni-HM對于環(huán)境的污染要小很多，符合普銳斯“環(huán)保“的調(diào)性，bingo！
二、 氫燃料電池：續(xù)命速度快、續(xù)航里程可媲美燃油車、零污染，但量產(chǎn)車型太少，現(xiàn)階段售價也較高
氫燃料電池是一個比較“可怕”的存在，可怕的地方它的優(yōu)點實在是太多了，多到讓人感到不可思議： “續(xù)命速度“快，一次“續(xù)命”即可行駛600-800多公里，排氣管里只會流出水的它幾乎可以做到絕對零污染。此外，氫氣非常容易獲取，制備成本很低。
