三元锂与磷酸铁锂的较量

　　2015年2月16日，科技部发布了《国家重点研发计划新能源汽车重点专项实施方案(征求意见稿)》，其中明确要求了2015年底轿车动力电池能量密度要达到200Wh/kg。一时间，让无数人将目光投向了三元材料。

　　在锂离子电池当中，由于正负极容量的差异，正极材料往往是影响电池能量密度的瓶颈所在。因此，采用不同正极材料的锂离子电池之间，其特性也存在着或多或少的区别。常见的正极材料有四种，分别是片装的钴酸锂和镍酸锂；尖晶石结构的锰酸锂；橄榄石结构的磷酸铁锂；以及三元材料。

　　那么到底什么是三元材料？顾名思义，三元材料，就是三种电极材料共融而成的复合电极材料。理论上兼具每种电极材料的特性和优势。目前最常见的是NCA和NCM。

　　NCA指的是镍钴铝酸锂（<ahref=谁才是未来：三元锂与磷酸铁锂的较量"src="http://www.ofweek.com/Upload/plainimages/0Angela/0311/01/image001.jpg"/>）三元材料。它源自于镍酸锂（谁才是未来：三元锂与磷酸铁锂的较量）材料的发现。这种电池容量较高，相应的稳定性较差，此时，掺杂了一些铝，以稳定其结构。常见的分子式为（谁才是未来：三元锂与磷酸铁锂的较量）。严格意义上说，NCA可能并不属于三元材料，而改性的二元材料。特斯拉ModelS上使用的就是这种电池。

　　NCM是目前最主流的三元材料，也被认为是未来的发展趋势。NCM指的是镍钴锰酸锂（谁才是未来：三元锂与磷酸铁锂的较量）三元材料。通过调配镍、钴、锰三者的比例，得到不同的电极特性。

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　　目前国内的路线仍以磷酸铁锂为主。磷酸铁锂有较好的循环稳定性能，成本也比较低。其理论能量密度大概在160Wh/kg。目前，比亚迪的单体电池，能量密度已经达到了130Wh/kg。几乎到达了能量密度的天花板。当然研究工作者在对进一步提高磷酸铁锂电池的性能做着许多的工作。比如掺杂一元或者多元的离子之后，获得了更高的容量，1C放电比容量超过120mAh/g。但是要注意到提高比能量不一定能同比提高电池的能量密度，另外材料的稳定性、安全性、材料成本、加工工艺的复杂化等一些列的问题，也仍待解决。因此，这些振奋人心的实验室数据，要想变成产品参数，仍有相当长的一段路要走。

　　锂酸铁锂的先天不足，使更多的企业开始注意三元材料。大部分磷酸铁锂的生产厂家，都开始关注三元材料的开发。其中一些（如天津力神、中航锂电）已经开始批量的三元材料锂电池的生产。

　　三元材料的理论比容量和能量密度的理论值要比磷酸铁锂乐观得多。目前实际的产品参数又如何呢？美国JCS生产的NCA/C的45Ah电池，比能量密度在151mAh/kg，确实高于磷酸铁锂，但是离2015年的目标仍有不小的距离。同时，由于国内三元材料的起步较晚，与国外的技术水平有不小的差距。同时，规避知识产权壁垒也是要考虑的问题。论述了三元材料和磷酸铁锂的若干参数之后，笔者谈一下自己的观点：

　　对于高能量高性能的追求，是技术发展的必然方向。即使国家不颁布《征求意见稿》，三元材料也是2015年电极材料的重要方向。磷酸铁锂、钴酸锂在未来已经不能给我们什么惊喜，除了生产，也没有太多的“故事”可讲。因此，不论是企业、高校、研究机构、还是金融机构，为各自利益，把资源投向三元材料是必然的事情。

　　仅对于市场而言，比起增加的续航里程来说，更关心的电动车可能是使用了三元材料之后，车是不是更贵了，电池使用寿命是不是更短了，是不是更不安全了。因为提高30%甚至50%的续航里程，对目前国内的消费者需求来说，仍然是不够的。性能不是唯一，铅酸电池就是最好的例子，因为他足够便宜，足够稳定，虽然能量密度很差，循环寿命也不高，但是扔稳稳坐定二次电池的霸主地位。三元材料在充分市场化之后，势必对磷酸铁锂电池的市场份额造成影响，但笔者认为两者技术会长期同时存在。随着未来应用市场的细化，各种技术“各司其职”，在各自的领域开疆辟土。

　　谁才是未来：三元锂与磷酸铁锂的较量

　　松下三元电池

　　目前来讲，如果和燃油车相比，没有任何一种电池技术能真正满足动力电池的技术要求。三元材料即使达到了2015年的政策目标之后，又将如何？未来再寄希望于石墨烯材料还是富锂高锰层状材料？技术的发展永无止境，但是技术的进步需要充足的时间。我不否认某项技术的重大突破可能引发一场技术革命，但是我们不能寄希望于此。技术的发展在，用“谋事在人，成事在天”这句古话来形容再贴切不过了。既要有主观的决心，又要对客观规律有充分的尊重。当有人问，三元材料能不能达到市场的需求时，我只能说，走着瞧了。

　　随着各种电极材料技术走向瓶颈期，笔者臆断：锂离子动力电池的生命将走向终结。如果解决电动车问题，要寄希望于新的电化学体系、新的电池技术出现。那么问题是，是先有了技术再发展电动车，还是有了电动车之后再去开发电池技术？这是一个无解的问题。但是在有市场催化效应存在的时候，肯定是件好事。在风口猪未必真能飞起来，但是顺风的鸟肯定会更轻松一些，但别飞过头了。丰田公司是非常值得学习的一个技术开发案例。基于镍氢电池的混合动力技术营造了电动车的市场神话，同时潜心研究FCV技术，并于2015年投放市场。这说明新技术开发成功与否，并不是一两篇论文、一两个专利能解决的。需要对市场有充分地认识，同时需要有足够的资源来维持。比如国内一些开发新电池体系中小型企业却因为生存问题，纷纷转型。如何解决“想做”、“会做”、“能做”、“坚持做”的问题，可能是我们优先于技术本身更要考虑的问题。

　　锂电池技术的真实面目

　　[XCAR科技原创]

　　说起电动车，大家都知道它是不通过燃烧汽油来驱动汽车。但是你们知道这些电动车是靠什么样的电池来驱动汽车？这些电池有什么优缺点？目前而言，电动汽车电池主要包括铅酸蓄电池、磷酸铁锂电池、锂电池、钠硫电池、镍镉电池等多种传统电池，当然还有代表未来科技的燃料电池以及新型的液态电池等，它们因性能的不同导致优缺点差异颇大。现在我们将通过这篇文章来介绍电动车电池的真实面目。

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　　1、磷酸铁锂电池

　　磷酸铁锂电池，是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。其中钴酸锂是目前绝大多数锂离子电池使用的正极材料。磷酸铁锂也是锂离子电池当中的一种。相对铅酸电池，磷酸铁锂电池充放电效率要高一些。

　　电动车电池

　　它的主要优点是安全性能高、使用寿命长、高温性能好、大容量、无记忆效应、重量轻、环保。一般的铅酸电池电池使用年限为1到1.5年，而磷酸铁锂电池理论寿命将达到7—8年。它还可以随充随用，不需要放完电在充电。最大的优势是它不含有任何重金属，完全无毒。

　　电动车电池

　　它的缺点是能量密度较低，材料的制备成本与电池的制造成本较高，电池成品率低，一致性差。不过它的好处显然大于它的缺点。

　　电动车电池

　　汽车

　　它主要应用车型为比亚迪唐、腾势电动车、东风风神E30、江淮和悦iEV4、通用赛欧Springo、长安逸动纯电动、荣威550Plug-in等。例如：比亚迪秦的纯电动行驶里程为70km，磷酸铁锂电池组容量为13kWh。比亚迪唐的电池容量肯定会大于13kWh。比亚迪唐的电池采用的是比亚迪拥有自主知识产权的磷酸铁锂电池。腾势电动车该车搭载容量为47.5kWh的磷酸铁锂电池，续航里程为300km。

　　2、锂电池

　　锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。最早发现锂电池的是伟大发明家爱迪生，主要通过氧化还原反应来充放电。

　　它的主要优点是能量比较高、使用寿命长、额定电压高、具备高功率承受力、自放电率很低、重量轻、高低温适应性强、绿色环保的特点。它的最大使用的寿命在6年以上，它在使用中不产生任何的有害物质，并且不需要消耗水。在能量和重量上也遥遥领先于其他的电池，成为现在主流的电动车电池。

　　它的缺点是安全性差、不能大电流放电、价格昂贵、生产要求条件高、成本高、使用条件有限制、高低温使用危险大。例如采用锂电池的特斯拉也曾因为锂电池而着过火。

　　目前使用的主要车型是特斯拉ModelS、福特福克斯EV、日产聆风等。例如：福克斯电动版采用的是平板型锂电池组，这套电池组将能为福克斯电动版带来大约160km的航程。特斯拉ModelS的电池组包含了近7000个锂电池电芯，组成了16个独立电池模块，内部结构十分复杂。

　　镍氢电池与高铁电池详细解读

　　3、镍氢电池

　　镍氢电池是正极活性物质主要由镍制成，负极活性物质主要由贮氢合金制成的一种碱性蓄电池。镍氢电池是在1960年发展起来的新型绿色电池，它的创始人是自学成才的斯坦福。

　　它的主要的优点是它可以适应大电流放电，对于需要较大功率输出要求的场合比较适用。它的能量密度较大，增加了续航的里程。镍氢电池放出的电比较平稳，发热量较小。

　　它主要的缺点是具有“记忆效应”，即电池在循环充放电过程中容量会出现衰减，而过度充电或放电，都可能加剧电池的容量损耗。因此对于厂商来说，镍氢电池控制系统在设定上都会主动避免过度充放电，如将电池的充放电区间人为控制在总容量的一定百分比范围内，以降低容量衰减速度。

　　目前主要运用的车型是丰田普锐斯、通用EV1。例如：丰田普锐斯所使用的镍氢电池寿命可达百万公里，这项成绩已经通过普锐斯出租车运营得到了验证。通用EV1是通用的第一辆电动汽车。一次充电最大平均的行驶里程为144km左右，在动力上也毫不羸弱。

　　4、高铁电池

　　目前国际上研发的铁电池主要有两种：一种是高铁电池；一种是锂铁电池（磷酸铁锂电池）。高铁电池是以合成稳定的高铁酸盐，可作为高铁电池的正极材料来制作能量密度大、体积小、重量轻、寿命长、无污染的新型化学电池。由于技术问题，现在国际上高铁电池基本被视为禁区。

　　汽车

　　它的主要的特点是体积小、重量轻、寿命长、无污染。放电时输出的电压平稳，能储层大量的电量。电池完全无污染，不需要回收。尤其是制作它需要的铁铝材料，非常丰富。

　　电动车电池

　　它的主要缺点是高铁电池生产过程中对工艺要求非常高，如果把握不好，电池肯定会出现很多小问题，并且高铁电池的价格也不菲。

　　它的主要的应用车型：比亚迪e6、比亚迪F3DM。例如：比亚迪e6采用的高铁电池经过高温、高压、撞击等试验测试，安全性能非常好，短路爆炸机会不高。在能量补充方面，e6可使用220V民用电源慢充，快充为3C充电，15分钟左右可充满电池80%。它的总行程能达到300km。而比亚迪F3DM的纯电动续航里程达100公里，多次的实验表明它搭载的高铁电池容量高，安全性好。

　　未来电池新技术剖析

　　5、电容电池

　　它通过极化电解质来储能，属于双层电容的一种。由于其储能的过程并不发生化学反应，因此这种储能过程是可逆的，正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。

　　它的优点是其反复充放电达数十万次（传统化学电池只有几百至几千次），寿命上要比化学电池高出很多；超级电容在充放电时的功率密度极高，瞬间可放出大量电能，可满足车辆更加宽泛的电力需求；工作环境适应能力更佳，通常室外温度在-40℃-65℃时，其都能稳定正常工作（传统电池一般为-20℃～60℃）。

　　它的最大的缺点是能量密度很低。所谓的能量密度就是指在一定的空间或质量物质中所储存能量的大小。比如我们经常使用的5号充电电池，如果其毫安时越大，就代表它的能量密度越高。可以说，超级电容相比锂离子电池较低的能量密度，限制了其在很多领域的应用。

　　目前他的主要的运用是在车辆启动系统、特种及少量公交车辆，至于是否可作为家用车动力电源使用，还需等能量密度难题有所突破后方可知晓。例如：在马自达阿特兹上的i-ELOOP（制动能量回收系统）上使的储能装置就是电容电池。

　　6、燃料电池

　　燃料电池（FuelCell）是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。

　　它主要的优点是能量转化效率高，安装地点灵活，负荷响应快，运行质量高；具有很强的过负载能力等。它的缺点是燃料电池造价偏高、碳氢燃料无法直接利用、氢气储存技术受限、氢燃料基础建设不足等。

　　主要的应用车型是在日本本田FCV，丰田Mirai。他们的注入燃料的时间只需要3分钟，续航里程上一般能都达到了700km左右。现在的日本正在大力的扶持燃料电池，前景不错。

　　编辑点评：电动车的电池是电动车发展的核心部分。从上面文章中我们也看到，电动车电池的种类很多，每个种类都有自己的优劣势。通过这次的介绍，希望能够帮助大家对电动车有更加深刻的理解。现在的电动车电池面临的最大问题就是充电时间长和储存电量少，最近出现的石墨烯锂电池可能会突破这些障碍，它的充电时间和我们加油时间差不多，相应续航里程也大幅提升。

　　三元电池材料概念股

　　格林美东方钽业杉杉股份国轩高科科泰电源比亚迪多氟多

　　锂电池概念股：

　　先导股份(300450)、沧州明珠(002108)、多氟多(002407)、比亚迪(002594)、赢合科技(300457)、天齐锂业(002466)

　　镍矿概念股：

　　当升科技(300073)、格林美(002340)、东方钽业(000962)、华泽钴镍(000693)、比亚迪(002594)、恒顺众昇(300208)

　　特斯拉概念股：

　　比亚迪(002594)、天汽模(002510)、奥特迅(002227)、信质电机(002664)、动力源(600405)、永利带业(300230)

　　新能源概念股：

　　比亚迪(002594)、江淮汽车(600418)、宇通客车(600066)、多氟多(002407)、万向钱潮(000559)、大洋电机(002249)

　　新能源汽车概念股：

　　比亚迪(002594)、江淮汽车(600418)、万向钱潮(000559)、多氟多(002407)、宇通客车(600066)、正海磁材(300224)