钜大LARGE | 点击量：828次 | 2021年04月07日
三元锂离子电池为何会成为动力锂电池的新星？
电池的容量决定了巡航里程、充电时间这些用户体验最重要的部分。当然，从汽车这个工业产品角度看，决定动力锂电池的维度又要多好几个，比如安全性、能量密度、单体标称电压、使用寿命、应用成本、低温衰减能力等等，在这方面国际与国内都有严格的标准，能够上市销售的车型肯定首先要达标。
相信很多关注电动汽车的朋友关于三元锂离子电池不会陌生，大名鼎鼎的特斯拉采用的就是这种电池。而国内的电池巨头比亚迪在过去很长一段时间内一直采用的是磷酸铁锂离子电池，在今年下半年则宣布也将重点发展三元锂离子电池。那么，到底什么是三元锂离子电池？它为何会突然成为动力锂电池的宠儿呢？
三元聚合物锂离子电池是指正极材料使用镍钴锰酸锂（Li（NiCoMn）O2）三元正极材料的锂离子电池，三元复合正极材料前驱体产品，是以镍盐、钴盐、锰盐为原料,里面镍钴锰的比例可以根据实际要调整。
安全性是重中之重
三元锂离子电池的特点是能量密度大，电压更高，所以同样重量的电池组电池容量更大，车子跑的距离也就更远，速度也能更快。但是其弱点在于稳点性较差，假如内部短路或是正极材料遇水，都会有明火出现。所以一般18650电池都会有一层钢壳保护，由于特斯拉的电池组是由7000块左右的18650电池组合而成，所以，虽然特斯拉给电池组进行了全方位的保护，但是在极端的碰撞事故中，起火隐患还是有的。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
之所以这样，原因是两种材料在到达一定温度时发生分解，三元锂材料会在更低的200度左右发生分解，而磷酸铁锂材料是在800度左右。并且三元锂材料的化学反映更加剧烈，会释放氧分子，在高温用途下电解液迅速燃烧，发生连锁反应。说简单点，就是三元锂材料比磷酸铁锂材料更容易着火。不过要注意的是，我们提到的是材料，而不是已经成为成品的电池。
磷酸铁锂离子电池则要稳定许多，电池板就算是穿刺、短路也不会爆炸燃烧，遭到350℃的高温也不会起火（三元锂离子电池在180-250℃就扛不住了）。所以在安全性能上，磷酸铁锂离子电池略胜一筹。
正因为三元锂材料有这样的安全隐患，所以厂商也在努力往抑制出现事故的方向走。根据三元锂材料容易热解的特性，厂商在过充保护（OVP）、过放保护（UVP）、过温保护（OTP）、过流保护（OCP）这几个环节上都会下不少的功夫。特斯拉之所以关于安全性有信心，就是因为它有一整套电池管理系统，能够将活性更高的三元锂离子电池管理地更好。当然，伴随着越来越多的电池公司、车企还有专业的电池管理公司在这个领域的不断研发，更多的公司也能做到优秀的电池管理，将安全性大大提升。
能量密度是核心要素
能量密度（Energydensity）是指在一定的空间或质量物质中储存能量的大小。电池的能量密度也就是电池平均单位体积或质量所释放出的电能。电池能量密度=电池容量×放电平台/电池厚度/电池宽度/电池长度，基本单位为Wh/kg（瓦时/千克）。电池的能量密度越大，单位体积内存储的电量越多。
比亚迪磷酸铁锂离子电池的单体能量密度为150Wh/kg，比亚迪三元锂离子电池能量密度则达到了200Wh/kg。可以看出，三元锂材料比磷酸铁锂的优势还是很明显的。深圳另外一家电池公司比克电池的三元材料动力锂电池单体电芯能量密度近220Wh/kg，在行业内算是比较高的。
在这里，不得不说国家政策关于行业的指导性也是非常明确。2017年三月一日，中央四部委印发了《促进汽车动力锂电池产业发展行动方法》通知，明确指出了将提高电池比能量作为今后的重点发展目标之一。
以下三点为重点：
1.到2020年，锂离子动力锂电池单体比能量大于300Wh/kg；系统比能量争取达到260Wh/kg；成本小于1元/瓦时；使用环境达-30℃到55℃；具备3C充电能力。
2.到2025年，单体比能量达500Wh/kg。
3.力争实现单体电池350Wh/kg、系统260Wh/kg的锂离子电池产品产业化和整车应用。
事实上，正是由于这个发展方向，三元锂离子电池的春天才算是真正到来，因为磷酸铁锂在单体能量密度上可以突破的空间不大，而三元锂离子电池的潜力则还未充分挖掘出来。
有关电池寿命的问题
三元锂离子电池的理论寿命是2000次充放电循环，但在实际使用中，当进行900次的充放电循环后，电池容量就基本衰减到了55%。也就是说充满电只能跑原来里程的一半。但假如每次电池充放电都控制在0%-50%或者25%-75%的循环中工作，即使经过3000次的充放电循环，电池容量基本还能能够保持在70%左右。但这同样要优秀的电池管理系统。
磷酸铁锂离子电池循环寿命也在2000次以上，标准充电（5小时率）使用，可达到2000次的循环性。不过，磷酸铁锂离子电池有一个致命的缺点，那就是低温性能较差，即使将其纳米化和碳包覆也没有解决这一问题。研究表明，一块容量为3500mAh的电池，假如在-10℃的环境中工作，经过不到100次的充放电循环，电量将急剧衰减至500mAh，基本就报废了。所以在北方，这种电池的工况实在是让人担忧的。
小电评：
三元锂离子电池这个名称很响亮，但具体的内容恐怕很多朋友并不清晰，要留意下。三元正极材料在电池比能量、比功率、大倍率充电、低温性能等方面有优势，循环性能方面则是磷酸铁锂更好，但在寒冷环境中又变得更差。安全方面，磷酸铁锂本来是最理想的，但是三元锂的不断加强的电池管理技术加持下，逐渐得到提高。
由此我们明白，在商用车领域，如大巴车，空间较大，对电池比能量和比功率要求相对较低，可选择磷酸铁锂材料电池，发挥其循环性能好的特性。而轿车空间有限，电池用量小，则选用高比能量与高比功率三元材料电池更为合适。从适应政策的角度看，未来的能量密度要求更高，三元锂离子电池的潜力将得到更大的发挥。因为现在听到最多的还是磷酸铁锂离子电池和三元锂离子电池，特别是后者市场需求非常火爆。比如特斯拉、宝马i3都是配备的这类电池；国内市场，像江淮、比亚迪、北汽等厂家也开始将旗下原本使用磷酸铁锂离子电池的车型换装三元锂离子电池。
三元锂离子电池之所以如此火爆是因为它有着很高的能量密度，循环性能和一致性也要好于磷酸铁锂离子电池。举例来说，特斯拉的三元锂离子电池能量密度已经达到330Wh/kg，这比还在100Wh/kg波动而且上限很低的磷酸铁锂离子电池有明显优势。
从今年四月份工信部公布的《新能源汽车推广应用推荐车型目录（2018年第3批）》报告看，304款新能源车型配备三元锂离子电池的车型占比高达53%，首次对磷酸铁锂离子电池实现反超（后者为36%），大有改朝换代的意思。
另外，三元锂离子电池在轻量化方面也要好于磷酸铁锂离子电池。
以比亚迪E5为例，磷酸铁锂离子电池版本电池容量为52kWh，重量517kg，续航350公里。换装后的三元锂离子电池电池容量达到61kWh，重量反倒降低至444kg，续航也升至400公里。你看，现如今各大厂家都在和轻量化死磕，比亚迪通过此方式减轻了73kg的重量，成效大大的。
不过三元锂离子电池也并非完物，比如它的安全性就一直受到质疑。特别是三元锂离子电池热稳定性较差，燃烧温度在300℃以下，而且因为会分解出氧分子，起火后很难控制，比如特斯拉今年以来发生的几件起火事件，消防员都没能及时将火势制止，就是三元锂离子电池的锅了。
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