鉅大鋰電 | 點擊量：0次 | 2018年05月01日
三元鋰與磷酸鐵鋰的較量
2015年2月16日，科技部發(fā)布了《國家重點研發(fā)計劃新能源汽車重點專項實施方案(征求意見稿)》，其中明確要求了2015年底轎車動力電池能量密度要達到200Wh/kg。一時間，讓無數(shù)人將目光投向了三元材料。
在鋰離子電池當(dāng)中，由于正負(fù)極容量的差異，正極材料往往是影響電池能量密度的瓶頸所在。因此，采用不同正極材料的鋰離子電池之間，其特性也存在著或多或少的區(qū)別。常見的正極材料有四種，分別是片裝的鈷酸鋰和鎳酸鋰；尖晶石結(jié)構(gòu)的錳酸鋰；橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰；以及三元材料。
那么到底什么是三元材料？顧名思義，三元材料，就是三種電極材料共融而成的復(fù)合電極材料。理論上兼具每種電極材料的特性和優(yōu)勢。目前最常見的是NCA和NCM。
NCA指的是鎳鈷鋁酸鋰（
NCM是目前最主流的三元材料，也被認(rèn)為是未來的發(fā)展趨勢。NCM指的是鎳鈷錳酸鋰（誰才是未來：三元鋰與磷酸鐵鋰的較量）三元材料。通過調(diào)配鎳、鈷、錳三者的比例，得到不同的電極特性。
誰才是未來：三元鋰與磷酸鐵鋰的較量
目前國內(nèi)的路線仍以磷酸鐵鋰為主。磷酸鐵鋰有較好的循環(huán)穩(wěn)定性能，成本也比較低。其理論能量密度大概在160Wh/kg。目前，比亞迪的單體電池，能量密度已經(jīng)達到了130Wh/kg。幾乎到達了能量密度的天花板。當(dāng)然研究工作者在對進一步提高磷酸鐵鋰電池的性能做著許多的工作。比如摻雜一元或者多元的離子之后，獲得了更高的容量，1C放電比容量超過120mAh/g。但是要注意到提高比能量不一定能同比提高電池的能量密度，另外材料的穩(wěn)定性、安全性、材料成本、加工工藝的復(fù)雜化等一些列的問題，也仍待解決。因此，這些振奮人心的實驗室數(shù)據(jù)，要想變成產(chǎn)品參數(shù)，仍有相當(dāng)長的一段路要走。
鋰酸鐵鋰的先天不足，使更多的企業(yè)開始注意三元材料。大部分磷酸鐵鋰的生產(chǎn)廠家，都開始關(guān)注三元材料的開發(fā)。其中一些（如天津力神、中航鋰電）已經(jīng)開始批量的三元材料鋰電池的生產(chǎn)。
三元材料的理論比容量和能量密度的理論值要比磷酸鐵鋰樂觀得多。目前實際的產(chǎn)品參數(shù)又如何呢？美國JCS生產(chǎn)的NCA/C的45Ah電池，比能量密度在151mAh/kg，確實高于磷酸鐵鋰，但是離2015年的目標(biāo)仍有不小的距離。同時，由于國內(nèi)三元材料的起步較晚，與國外的技術(shù)水平有不小的差距。同時，規(guī)避知識產(chǎn)權(quán)壁壘也是要考慮的問題。論述了三元材料和磷酸鐵鋰的若干參數(shù)之后，筆者談一下自己的觀點：
對于高能量高性能的追求，是技術(shù)發(fā)展的必然方向。即使國家不頒布《征求意見稿》，三元材料也是2015年電極材料的重要方向。磷酸鐵鋰、鈷酸鋰在未來已經(jīng)不能給我們什么驚喜，除了生產(chǎn)，也沒有太多的“故事”可講。因此，不論是企業(yè)、高校、研究機構(gòu)、還是金融機構(gòu)，為各自利益，把資源投向三元材料是必然的事情。
僅對于市場而言，比起增加的續(xù)航里程來說，更關(guān)心的電動車可能是使用了三元材料之后，車是不是更貴了，電池使用壽命是不是更短了，是不是更不安全了。因為提高30%甚至50%的續(xù)航里程，對目前國內(nèi)的消費者需求來說，仍然是不夠的。性能不是唯一，鉛酸電池就是最好的例子，因為他足夠便宜，足夠穩(wěn)定，雖然能量密度很差，循環(huán)壽命也不高，但是扔穩(wěn)穩(wěn)坐定二次電池的霸主地位。三元材料在充分市場化之后，勢必對磷酸鐵鋰電池的市場份額造成影響，但筆者認(rèn)為兩者技術(shù)會長期同時存在。隨著未來應(yīng)用市場的細(xì)化，各種技術(shù)“各司其職”，在各自的領(lǐng)域開疆辟土。
誰才是未來：三元鋰與磷酸鐵鋰的較量
松下三元電池
目前來講，如果和燃油車相比，沒有任何一種電池技術(shù)能真正滿足動力電池的技術(shù)要求。三元材料即使達到了2015年的政策目標(biāo)之后，又將如何？未來再寄希望于石墨烯材料還是富鋰高錳層狀材料？技術(shù)的發(fā)展永無止境，但是技術(shù)的進步需要充足的時間。我不否認(rèn)某項技術(shù)的重大突破可能引發(fā)一場技術(shù)革命，但是我們不能寄希望于此。技術(shù)的發(fā)展在，用“謀事在人，成事在天”這句古話來形容再貼切不過了。既要有主觀的決心，又要對客觀規(guī)律有充分的尊重。當(dāng)有人問，三元材料能不能達到市場的需求時，我只能說，走著瞧了。
隨著各種電極材料技術(shù)走向瓶頸期，筆者臆斷：鋰離子動力電池的生命將走向終結(jié)。如果解決電動車問題，要寄希望于新的電化學(xué)體系、新的電池技術(shù)出現(xiàn)。那么問題是，是先有了技術(shù)再發(fā)展電動車，還是有了電動車之后再去開發(fā)電池技術(shù)？這是一個無解的問題。但是在有市場催化效應(yīng)存在的時候，肯定是件好事。在風(fēng)口豬未必真能飛起來，但是順風(fēng)的鳥肯定會更輕松一些，但別飛過頭了。豐田公司是非常值得學(xué)習(xí)的一個技術(shù)開發(fā)案例。基于鎳氫電池的混合動力技術(shù)營造了電動車的市場神話，同時潛心研究FCV技術(shù)，并于2015年投放市場。這說明新技術(shù)開發(fā)成功與否，并不是一兩篇論文、一兩個專利能解決的。需要對市場有充分地認(rèn)識，同時需要有足夠的資源來維持。比如國內(nèi)一些開發(fā)新電池體系中小型企業(yè)卻因為生存問題，紛紛轉(zhuǎn)型。如何解決“想做”、“會做”、“能做”、“堅持做”的問題，可能是我們優(yōu)先于技術(shù)本身更要考慮的問題。
鋰電池技術(shù)的真實面目
[XCAR科技原創(chuàng)]
說起電動車，大家都知道它是不通過燃燒汽油來驅(qū)動汽車。但是你們知道這些電動車是靠什么樣的電池來驅(qū)動汽車？這些電池有什么優(yōu)缺點？目前而言，電動汽車電池主要包括鉛酸蓄電池、磷酸鐵鋰電池、鋰電池、鈉硫電池、鎳鎘電池等多種傳統(tǒng)電池，當(dāng)然還有代表未來科技的燃料電池以及新型的液態(tài)電池等，它們因性能的不同導(dǎo)致優(yōu)缺點差異頗大。現(xiàn)在我們將通過這篇文章來介紹電動車電池的真實面目。
qiche
1、磷酸鐵鋰電池
磷酸鐵鋰電池，是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。鋰離子電池的正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。其中鈷酸鋰是目前絕大多數(shù)鋰離子電池使用的正極材料。磷酸鐵鋰也是鋰離子電池當(dāng)中的一種。相對鉛酸電池，磷酸鐵鋰電池充放電效率要高一些。
電動車電池
它的主要優(yōu)點是安全性能高、使用壽命長、高溫性能好、大容量、無記憶效應(yīng)、重量輕、環(huán)保。一般的鉛酸電池電池使用年限為1到1.5年，而磷酸鐵鋰電池理論壽命將達到7—8年。它還可以隨充隨用，不需要放完電在充電。最大的優(yōu)勢是它不含有任何重金屬，完全無毒。
電動車電池
它的缺點是能量密度較低，材料的制備成本與電池的制造成本較高，電池成品率低，一致性差。不過它的好處顯然大于它的缺點。
電動車電池
汽車
它主要應(yīng)用車型為比亞迪唐、騰勢電動車、東風(fēng)風(fēng)神E30、江淮和悅iEV4、通用賽歐Springo、長安逸動純電動、榮威550Plug-in等。例如：比亞迪秦的純電動行駛里程為70km，磷酸鐵鋰電池組容量為13kWh。比亞迪唐的電池容量肯定會大于13kWh。比亞迪唐的電池采用的是比亞迪擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的磷酸鐵鋰電池。騰勢電動車該車搭載容量為47.5kWh的磷酸鐵鋰電池，續(xù)航里程為300km。
2、鋰電池
鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。最早發(fā)現(xiàn)鋰電池的是偉大發(fā)明家愛迪生，主要通過氧化還原反應(yīng)來充放電。
它的主要優(yōu)點是能量比較高、使用壽命長、額定電壓高、具備高功率承受力、自放電率很低、重量輕、高低溫適應(yīng)性強、綠色環(huán)保的特點。它的最大使用的壽命在6年以上，它在使用中不產(chǎn)生任何的有害物質(zhì)，并且不需要消耗水。在能量和重量上也遙遙領(lǐng)先于其他的電池，成為現(xiàn)在主流的電動車電池。
它的缺點是安全性差、不能大電流放電、價格昂貴、生產(chǎn)要求條件高、成本高、使用條件有限制、高低溫使用危險大。例如采用鋰電池的特斯拉也曾因為鋰電池而著過火。
目前使用的主要車型是特斯拉ModelS、福特福克斯EV、日產(chǎn)聆風(fēng)等。例如：福克斯電動版采用的是平板型鋰電池組，這套電池組將能為福克斯電動版帶來大約160km的航程。特斯拉ModelS的電池組包含了近7000個鋰電池電芯，組成了16個獨立電池模塊，內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。
鎳氫電池與高鐵電池詳細(xì)解讀
3、鎳氫電池
鎳氫電池是正極活性物質(zhì)主要由鎳制成，負(fù)極活性物質(zhì)主要由貯氫合金制成的一種堿性蓄電池。鎳氫電池是在1960年發(fā)展起來的新型綠色電池，它的創(chuàng)始人是自學(xué)成才的斯坦福。
它的主要的優(yōu)點是它可以適應(yīng)大電流放電，對于需要較大功率輸出要求的場合比較適用。它的能量密度較大，增加了續(xù)航的里程。鎳氫電池放出的電比較平穩(wěn)，發(fā)熱量較小。
它主要的缺點是具有“記憶效應(yīng)”，即電池在循環(huán)充放電過程中容量會出現(xiàn)衰減，而過度充電或放電，都可能加劇電池的容量損耗。因此對于廠商來說，鎳氫電池控制系統(tǒng)在設(shè)定上都會主動避免過度充放電，如將電池的充放電區(qū)間人為控制在總?cè)萘康囊欢ò俜直确秶鷥?nèi)，以降低容量衰減速度。
目前主要運用的車型是豐田普銳斯、通用EV1。例如：豐田普銳斯所使用的鎳氫電池壽命可達百萬公里，這項成績已經(jīng)通過普銳斯出租車運營得到了驗證。通用EV1是通用的第一輛電動汽車。一次充電最大平均的行駛里程為144km左右，在動力上也毫不羸弱。
4、高鐵電池
目前國際上研發(fā)的鐵電池主要有兩種：一種是高鐵電池；一種是鋰鐵電池（磷酸鐵鋰電池）。高鐵電池是以合成穩(wěn)定的高鐵酸鹽，可作為高鐵電池的正極材料來制作能量密度大、體積小、重量輕、壽命長、無污染的新型化學(xué)電池。由于技術(shù)問題，現(xiàn)在國際上高鐵電池基本被視為禁區(qū)。
汽車
它的主要的特點是體積小、重量輕、壽命長、無污染。放電時輸出的電壓平穩(wěn)，能儲層大量的電量。電池完全無污染，不需要回收。尤其是制作它需要的鐵鋁材料，非常豐富。
電動車電池
它的主要缺點是高鐵電池生產(chǎn)過程中對工藝要求非常高，如果把握不好，電池肯定會出現(xiàn)很多小問題，并且高鐵電池的價格也不菲。
它的主要的應(yīng)用車型：比亞迪e6、比亞迪F3DM。例如：比亞迪e6采用的高鐵電池經(jīng)過高溫、高壓、撞擊等試驗測試，安全性能非常好，短路爆炸機會不高。在能量補充方面，e6可使用220V民用電源慢充，快充為3C充電，15分鐘左右可充滿電池80%。它的總行程能達到300km。而比亞迪F3DM的純電動續(xù)航里程達100公里，多次的實驗表明它搭載的高鐵電池容量高，安全性好。
未來電池新技術(shù)剖析
5、電容電池
它通過極化電解質(zhì)來儲能，屬于雙層電容的一種。由于其儲能的過程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此這種儲能過程是可逆的，正因為此超級電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬次。
它的優(yōu)點是其反復(fù)充放電達數(shù)十萬次（傳統(tǒng)化學(xué)電池只有幾百至幾千次），壽命上要比化學(xué)電池高出很多；超級電容在充放電時的功率密度極高，瞬間可放出大量電能，可滿足車輛更加寬泛的電力需求；工作環(huán)境適應(yīng)能力更佳，通常室外溫度在-40℃-65℃時，其都能穩(wěn)定正常工作（傳統(tǒng)電池一般為-20℃～60℃）。
它的最大的缺點是能量密度很低。所謂的能量密度就是指在一定的空間或質(zhì)量物質(zhì)中所儲存能量的大小。比如我們經(jīng)常使用的5號充電電池，如果其毫安時越大，就代表它的能量密度越高。可以說，超級電容相比鋰離子電池較低的能量密度，限制了其在很多領(lǐng)域的應(yīng)用。
目前他的主要的運用是在車輛啟動系統(tǒng)、特種及少量公交車輛，至于是否可作為家用車動力電源使用，還需等能量密度難題有所突破后方可知曉。例如：在馬自達阿特茲上的i-ELOOP（制動能量回收系統(tǒng)）上使的儲能裝置就是電容電池。
6、燃料電池
燃料電池（FuelCell）是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來。它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個蓄電池，但實質(zhì)上它不能“儲電”而是一個“發(fā)電廠”。
它主要的優(yōu)點是能量轉(zhuǎn)化效率高，安裝地點靈活，負(fù)荷響應(yīng)快，運行質(zhì)量高；具有很強的過負(fù)載能力等。它的缺點是燃料電池造價偏高、碳?xì)淙剂蠠o法直接利用、氫氣儲存技術(shù)受限、氫燃料基礎(chǔ)建設(shè)不足等。
主要的應(yīng)用車型是在日本本田FCV，豐田Mirai。他們的注入燃料的時間只需要3分鐘，續(xù)航里程上一般能都達到了700km左右。現(xiàn)在的日本正在大力的扶持燃料電池，前景不錯。
編輯點評：電動車的電池是電動車發(fā)展的核心部分。從上面文章中我們也看到，電動車電池的種類很多，每個種類都有自己的優(yōu)劣勢。通過這次的介紹，希望能夠幫助大家對電動車有更加深刻的理解。現(xiàn)在的電動車電池面臨的最大問題就是充電時間長和儲存電量少，最近出現(xiàn)的石墨烯鋰電池可能會突破這些障礙，它的充電時間和我們加油時間差不多，相應(yīng)續(xù)航里程也大幅提升。
三元電池材料概念股
格林美東方鉭業(yè)杉杉股份國軒高科科泰電源比亞迪多氟多
鋰電池概念股：
先導(dǎo)股份(300450)、滄州明珠(002108)、多氟多(002407)、比亞迪(002594)、贏合科技(300457)、天齊鋰業(yè)(002466)
鎳礦概念股：
當(dāng)升科技(300073)、格林美(002340)、東方鉭業(yè)(000962)、華澤鈷鎳(000693)、比亞迪(002594)、恒順眾昇(300208)
特斯拉概念股：
比亞迪(002594)、天汽模(002510)、奧特迅(002227)、信質(zhì)電機(002664)、動力源(600405)、永利帶業(yè)(300230)
新能源概念股：
比亞迪(002594)、江淮汽車(600418)、宇通客車(600066)、多氟多(002407)、萬向錢潮(000559)、大洋電機(002249)
新能源汽車概念股：
比亞迪(002594)、江淮汽車(600418)、萬向錢潮(000559)、多氟多(002407)、宇通客車(600066)、正海磁材(300224)
