磷酸铁锂离子电池 VS 三元锂离子电池

序言

在说这个话题之前，先问大家一个问题：

关于新能源汽车来说，你觉得最重要的是什么？

对，没错，就是电池。

我们可以做个这样的比喻：

汽车也有心脏，燃油车的心脏就是内燃机，而电动汽车的心脏就是电池。

心脏的好坏决定了车辆行驶的长短。

作为电动汽车界的领军者-特斯拉，在2020年一月份宣布我国版的Model3系列将在下半年生产中，搭载我国公司宁德时代生产的磷酸铁锂离子电池。

看到这个消息，肯定有同学会疑问了：

宁德时代是什么样的公司？它的技术有多厉害，能被特斯拉采用？

今天咱们就来说说这个。

宁德时代

宁德时代是由被称为我国电池大王的曾毓群在2011年成立的公司。

成立6年，就晋升为动力锂电池行业龙头，2017年销量全球第一，2018年更是迅速登陆A股创业板，目前市值大约是4600亿人民币。

到今天为止，中美欧以及日韩地区的主流车企几乎都成了宁德时代的客户，其中包括特斯拉、宝马、大众、丰田、现代、上汽、蔚来等品牌。

能做成这么大的成就，必定有两把刷子的。

宁德时代的武器有两把，除了常见的磷酸铁锂离子电池之外，还拥有一个领先全行业的秘密武器三元锂离子电池。

那这两种电池有啥差别呢？

锂离子电池

首先咱们先来了解锂离子电池。

锂离子电池重要分为软包形、圆柱形、方壳形。

虽然它们的形状不相同，但是工作原理都是相同的。

锂离子电池是以碳材料为负极，通常是石墨；以含锂的化合物作正极，没有金属锂存在，只有锂离子，它工作原理重要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。

具体来说是这样的：

当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。

同样，当对电池进行放电时，也就是我们使用电池的过程。嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。

锂离子电池爆炸

但是之前我们总看到这样的消息，说某品牌手机锂离子电池会爆炸。

这是因为何原因呢？

我们了解电池中的锂金属化学性质十分活跃，是易燃物质。

一旦和空气接触，就会跟空气中的水发生猛烈的化学反应，瞬间出现大量的氢气，并释放出热能，极易引起燃烧和爆炸。

用高中化学的知识就是这样的一个方程式：

2Li+2H2O=2LiOH+H2

而现在锂离子电池中的锂，经过处理后会降低活性。在锂离子电池正负极之间，还有一层金属薄膜，可以防止电池内部短路。

再加上我们使用的电池都是密封的，锂离子根本没有机会和空气直接接触，从而有效的保证了电池的安全。

磷酸铁锂VS三元锂离子电池

那什么是磷酸铁锂离子电池，什么又是三元锂离子电池？

其实它们都只是正极材料不同而已。因为不同类型的锂离子电池负极都是石墨，正极材料不同。所以用正极材料来区分不同类型的锂离子电池。

也就是说：

磷酸铁锂离子电池就是用磷酸铁锂做正极，三元锂离子电池也叫三元聚合物锂离子电池，重要是由镍钴铝或者是镍钴锰做正极。

那么这两种电池有什么差别呢？

简单来说磷酸铁锂离子电池，它重要的优点是安全性高，循环寿命更长，理论寿命可以达到7到8年。但是缺点就是能量密度低，意味着续航能力差。

反观三元锂离子电池这边呢，它的重要优点是储能密度更高，意味着续航能力高。但是缺点就是安全性差，寿命差，并且元素是有毒的。

三元锂离子电池

三元锂离子电池它的三种正极材料都是夹在一起的。

但是由于钴离子的半径比较大，所以它们搭在一起的时候会留出一个固定的空隙，给那些锂离子自由出入，因此钴酸锂相对来说比较稳定。

而镍离子的半径要小过锂离子，所以镍酸锂能量密度会更大，而又由于其太密实了，就容易出现阳离子混排的现象。

所以三元锂离子电池镍成分不可以太高。

这时就要添加钴来新增电池的稳定性，但是钴却是比较贵的金属，全球的储备量有限。为了降低成本，就用锰和铝元素来作为支撑材料，同时也就只能降低钴含量。

但是没有钴的话稳定性会比较差。

在2020年又出现了宁德时代的无钴电池，要说明的是这并不是真正的无钴电池。它其实就是采用CTP技术设计的磷酸铁锂离子电池。

CTP技术就是把电芯放入设计好的电池包内，然后按照最佳的排列组合方式，组装成高效的锂离子电池。

这样优化的结果是，体积利用率可以提高15%-20%，能量密度可以提升10%-15%。零部件数量可以减少40%，生产效率可以提升50%，投入应用后会大幅降低动力锂电池的制造成本。

作为宁德时代的竞争对手比亚迪公司在2020年三月公布了一款刀片电池。

它的本质还是磷酸铁锂离子电池，只不过是电池结构设计上有所创新。它其实就是直接把电芯宽度无限拉长，厚度做薄，做成90厘米甚至快1米的超长电芯，也就是又扁又长，像刀片相同。

这样改造的结果就是体积能量密度提升明显，较原有电池系统可提升30%以上。并且节省物料、人工费用等，成本有望降低30%，并且刀片电池更薄，因而散热效果更好。

不管是宁德时代的CTP技术，还是比亚迪的刀片电池，最终都提高了磷酸铁锂离子电池的能量密度，目的是让其能达到三元锂离子电池的水平。

同时改造后的磷酸铁锂的电池，都能达到400公里以上的续航里程需求。而整个电池生产的其他材料无需改变，并且生产线变动也不大，也就是很快能量产。

简单来说，这两种技术都是通过提升生产效率来降低电池的成本。

最后

如今新能源汽车和充电装置已经被列入了国家的新基建计划，毫无疑问，它将会迎来一个巨大、更加富有挑战性的市场。

汽车产业一直都是世界上最大的产业之一，面对新能源革命。

新能源汽车大概率将会在未来成为事关国计民生的重要支柱产业，而动力锂电池恰恰就是新能源汽车的生命源泉所在。

在三元锂离子电池领域宁德时代已经是老大了。

随着CTP技术的无钴电池的出现，宁德时代将磷酸铁锂离子电池的成本降低到了600元以内，而三元锂的成本还维持在1000元左右。

正是由于宁德时代磷酸铁锂离子电池成本的大幅降低，也吸引了迫切想要提升销量的特斯拉，两者一拍即合。为新车装上了磷酸铁锂离子电池，这样一来，特斯拉的新车的价格有望进一步下降。

最终受益的还是咱们老百姓。