磷酸铁锂离子电池是电动汽车电池发展方向

电动汽车的心脏—电池

为何说电池是电动汽车的心脏?这要先从电动汽车的历史说起。一说起电动新能源车，很容易将其归纳为一个全新的技术以及事物。其实，电动汽车的历史远比想象的早，甚至早于燃油汽车。美国人托马斯·达文波特于1834年制造出第一辆直流电机驱动的电动汽车;1838年苏格兰人罗伯特·戴维森发明了电驱动的火车;时至今日依然使用的有轨电车是1840年在英国出现的专利。世界上第一辆电动汽车于1881年诞生，发明人为法国工程师古斯塔夫·特鲁夫，这是一辆用铅酸电池为动力的三轮车。之后就出现了以铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等燃料动力电池作为电力。

可以看到，虽然电动汽车早于燃油车发展，并在早期取得了一定的规模，但在近代，由于燃油汽车的大力发展，使电动汽车在竞争中受挫。但真正的问题是，过去以铅酸电池为主的电动汽车，受制于铅酸电池的密度、寿命、功率等多方面限制，一直没有办法在动力源，也就是电池方面取得突破，以至于使电动汽车发展陷入停滞。

锂离子电池的分类及优缺点

这一问题直到锂离子电池的出现且经20年大力发展才得以逐步改善解决。

锂离子电池通常分两大类：

锂金属电池：锂金属电池一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。

锂离子电池：锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。

虽然锂金属电池的能量密度高，理论上能达到3860瓦/公斤。但是由于其性质不够稳定而且不能充电，所以无法作为反复使用的动力锂电池。而锂离子电池由于具有反复充电的能力，被作为重要的动力锂电池发展。但因为其配合不同的元素，组成的正极材料在各方面性能差异很大，导致业内对正极材料路线的纷争加大。

通常我们说得最多的动力锂电池重要有磷酸铁锂离子电池、锰酸锂离子电池、钴酸锂离子电池以及三元锂离子电池(三元镍钴锰).

以上各类电池都有优缺点，大致归纳为：

磷酸铁锂：

优点：寿命长、充放电倍率大、安全性好、高温性好、元素无害、成本低。

缺点：能量密度低、振实密度低(体积密度).

三元锂：

优点：能量密度高、振实密度高。

缺点：安全性差、耐高温性差、寿命差、大功率放电差、元素有毒(三元锂离子电池大功率充放电后温度急剧升高，高温后释放氧气极容易燃烧).

锰酸锂：

优点：振实密度高、成本低。

缺点：耐高温性差，锰酸锂长时间使用后温度急剧升高，电池寿命衰减严重(比如日产电动汽车LEAF).

钴酸锂：

通常用于3C产品，安全性极差，不适合做动力锂电池。

理论上，我们要的电池应该是能量密度高、体积密度高、安全性好、耐高温低温、循环寿命长、无毒无害、可大功率充放电，聚所有优点为一体而且低成本。但目前并不存在这样的电池，那么在不同种类电池的优缺点中就要取舍。而且，不同的电动汽车对电池的需求点也是不同的，因此只有立足于长远地对电动汽车作出判断，才能有利于我们正确地判断电池路线的选择。

磷酸铁锂离子电池的优越性

这里就要回溯前两篇的论述，我们分析了未来的电动汽车应该以小里程、快充电的电动汽车为主。而目前家用车要长续航的双模混合动力，以及公交市场的大续航纯电汽车。那么这样的车要什么样的电池?

一、安全

首先安全是汽车必备的前提。汽车不同于手机和电脑，汽车在高速行驶中有可能遇到众多不可预知因素，比如车祸造成的电池挤压和撞击。而任何一个不利的因素，都有可能造车车毁人亡。我们可以看到一些老年代步车使用劣质的铅酸电池，完全没有安全保障，电池自燃、受撞击燃烧的案例比比皆是。再比如特斯拉近一年的持续着火事件，虽然得利于特斯拉的安全设计并没有出现人员伤亡。但同时也要看到，这几次事件都是非常轻微的碰撞事故，碰撞本身对车和人并无伤害，而电池却着火了，那么假如是更严重的事故呢?

二、高倍率放电寿命

普通汽车使用寿命长达数十年，一辆电动汽车的电池，10年至少要3000次的循环寿命。电池作为比较贵的部件，寿命能否与车等同是非常重要的，既要保证车辆的性能又要保证车主的利益，这样才能利于市场的推动。目前世界各车企的电动汽车，只有去年上市的比亚迪秦做到了电芯终生质保。

电池的寿命也就是循环寿命，并非简单的电池参数给出的数字。电池的循环寿命和电池的循环状态是息息相关的，比如放电倍率、充电倍率、温度等。通常电池实验室数据得出的循环寿命，是以0.3C恒定的充放电倍率，在20度恒定最佳温度下得到的。但是在实际用车过程中，倍率和温度都是非恒定的。这也就是为何通常无论是笔记本、手机，还是电瓶车的电池，实际使用中的寿命都远远不如厂商给出的数据的原因。而中小里程纯电以及长续航双模混合动力车，因为所带的电池比较少，对其放电的要求就会更高，对寿命的影响就会更大。

比如A123的磷酸铁锂离子电池，通常循环寿命可以到3000次以上。但是，A123的磷酸铁锂航模电池，以10C的充电倍率、5C的放电倍率使用，实验室中的寿命缩短到只有600次，而真正实际使用中只有400次左右，可见放电倍率对寿命的影响。

再以比亚迪秦为例，只有13KWH的电池驱动峰值功率110KW的电机。可以计算出，当秦满电时其最大放电倍率高达8.4C。尤其是当秦只有50%电量时，其最大放电倍率可以达到18C。假如电量再低放电倍率将超过25C，这会极大地缩短电池的寿命。

再看p85度电的特斯拉，最大功率310KW的电机，看起来很庞大，其实电池放电倍率不过4C。在只有30%的电量时，最大放电倍率也不过10C。而且特斯拉的大容量电池，在极大程度上防止电池处于大功率的放电之中。

通过简单的比较，就可以看出比亚迪电池的高倍率放电寿命的优越性。

三、温度适应性

极寒对电池的影响，重要表现在充放电倍率低和电容量减少;极热对电池的影响，重要表现为寿命减低、高温安全性以及充放电能力下降。

极寒关于电池的影响相对较轻，因为一般锂离子电池都可以在零下20度以下使用，而且在电池的放电过程中本身就会出现热量，但能耗的新增以及电量的减少不可防止。