鉅大LARGE | 點擊量：575次 | 2022年11月21日
三元鋰電池，冉冉升起的動力鋰電池新星
其實制約電動汽車發展的核心并非電機，而是電池。電池的容量決定了巡航里程、充電時間這些用戶體驗最重要的部分。當然，從汽車這個工業產品角度看，決定動力電池的維度又要多好幾個，比如安全性、能量密度、單體標稱電壓、使用壽命、應用成本、低溫衰減能力等等，在這方面國際與國內都有嚴格的標準，能夠上市銷售的車型肯定首先要達標。
相信很多關注電動汽車的朋友對于三元鋰電池不會陌生，大名鼎鼎的特斯拉采用的就是這種電池。而國內的電池巨頭比亞迪在過去很長一段時間內一直采用的是磷酸鐵鋰電池，在今年下半年則宣布也將重點發展三元鋰電池。那么，到底什么是三元鋰電池？它為什么會突然成為動力電池的寵兒呢？
三元聚合物鋰電池是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰（Li（NiCoMn）O2）三元正極材料的鋰電池，三元復合正極材料前驅體產品，是以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料,里面鎳鈷錳的比例可以根據實際需要調整。
安全性是重中之重
三元鋰電池的特點是能量密度大，電壓更高，所以同樣重量的電池組電池容量更大，車子跑的距離也就更遠，速度也能更快。但是其弱點在于穩點性較差，如果內部短路或是正極材料遇水，都會有明火產生。所以一般18650電池都會有一層鋼殼保護，由于特斯拉的電池組是由7000塊左右的18650電池組合而成，所以，雖然特斯拉給電池組進行了全方位的保護，但是在極端的碰撞事故中，起火隱患還是有的。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
之所以這樣，原因是兩種材料在到達一定溫度時發生分解，三元鋰材料會在更低的200度左右發生分解，而磷酸鐵鋰材料是在800度左右。并且三元鋰材料的化學反映更加劇烈，會釋放氧分子，在高溫作用下電解液迅速燃燒，發生連鎖反應。說簡單點，就是三元鋰材料比磷酸鐵鋰材料更容易著火。不過需要注意的是，我們提到的是材料，而不是已經成為成品的電池。
磷酸鐵鋰電池則要穩定許多，電池板就算是穿刺、短路也不會爆炸燃燒，遭到350℃的高溫也不會起火（三元鋰電池在180-250℃就扛不住了）。所以在安全性能上，磷酸鐵鋰電池略勝一籌。
正因為三元鋰材料有這樣的安全隱患，所以廠商也在努力往抑制產生事故的方向走。根據三元鋰材料容易熱解的特性，廠商在過充保護（OVP）、過放保護（UVP）、過溫保護（OTP）、過流保護（OCP）這幾個環節上都會下不少的功夫。特斯拉之所以對于安全性有信心，就是因為它有一整套電池管理系統，能夠將活性更高的三元鋰電池管理地更好。當然，伴隨著越來越多的電池企業、車企還有專業的電池管理企業在這個領域的不斷研發，更多的企業也能做到優秀的電池管理，將安全性大大提升。
能量密度是核心要素
能量密度（Energydensity）是指在一定的空間或質量物質中儲存能量的大小。電池的能量密度也就是電池平均單位體積或質量所釋放出的電能。電池能量密度=電池容量×放電平臺/電池厚度/電池寬度/電池長度，基本單位為Wh/kg（瓦時/千克）。電池的能量密度越大，單位體積內存儲的電量越多。
比亞迪磷酸鐵鋰電池的單體能量密度為150Wh/kg，比亞迪三元鋰電池能量密度則達到了200Wh/kg。可以看出，三元鋰材料比磷酸鐵鋰的優勢還是很明顯的。深圳另外一家電池企業比克電池的三元材料動力電池單體電芯能量密度近220Wh/kg，在行業內算是比較高的。
在這里，不得不說國家政策對于行業的指導性也是非常明確。2017年3月1日，中央四部委印發了《促進汽車動力電池產業發展行動方案》通知，明確指出了“將提高電池比能量作為今后的重點發展目標之一”。
以下三點為重點：
1.到2020年，鋰離子動力電池單體比能量大于300Wh/kg；系統比能量爭取達到260Wh/kg；成本小于1元/瓦時；使用環境達-30℃到55℃；具備3C充電能力。
2.到2025年，單體比能量達500Wh/kg。
3.力爭實現單體電池350Wh/kg、系統260Wh/kg的鋰離子電池產品產業化和整車應用。
事實上，正是由于這個發展方向，三元鋰電池的春天才算是真正到來，因為磷酸鐵鋰在單體能量密度上可以突破的空間不大，而三元鋰電池的潛力則還未充分挖掘出來。
關于電池壽命的問題
三元鋰電池的理論壽命是2000次充放電循環，但在實際使用中，當進行900次的充放電循環后，電池容量就基本衰減到了55%。也就是說充滿電只能跑原來里程的一半。但如果每次電池充放電都控制在0%-50%或者25%-75%的循環中工作，即使經過3000次的充放電循環，電池容量基本還能能夠保持在70%左右。但這同樣需要優秀的電池管理系統。
磷酸鐵鋰電池循環壽命也在2000次以上，標準充電（5小時率）使用，可達到2000次的循環性。不過，磷酸鐵鋰電池有一個致命的缺點，那就是低溫性能較差，即使將其納米化和碳包覆也沒有解決這一問題。研究表明，一塊容量為3500mAh的電池，如果在-10℃的環境中工作，經過不到100次的充放電循環，電量將急劇衰減至500mAh，基本就報廢了。所以在北方，這種電池的工況實在是讓人擔憂的。
小電評：
三元鋰電池這個名稱很響亮，但具體的內容恐怕很多朋友并不清晰，需要留意下。三元正極材料在電池比能量、比功率、大倍率充電、低溫性能等方面有優勢，循環性能方面則是磷酸鐵鋰更好，但在寒冷環境中又變得更差。安全方面，磷酸鐵鋰本來是最理想的，但是三元鋰的不斷加強的電池管理技術加持下，逐漸得到提高。
由此我們明白，在商用車領域，如大巴車，空間較大，對電池比能量和比功率要求相對較低，可選擇磷酸鐵鋰材料電池，發揮其循環性能好的特性。而轎車空間有限，電池用量小，則選用高比能量與高比功率三元材料電池更為合適。從適應政策的角度看，未來的能量密度要求更高，三元鋰電池的潛力將得到更大的發揮。
