鉅大LARGE | 點擊量：1182次 | 2018年12月04日
比亞迪為何從磷酸鐵鋰逆轉(zhuǎn)到三元材料
在鋰離子電池當中，由于正負極容量的差異，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;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。
最近，比亞迪表示，公司未來的插電式混合動力汽車將嘗試使用三元電池。此前，比亞迪一直青睞于磷酸鐵鋰電池，作為一直力挺磷酸鐵鋰無論在材料和新能源汽車上的龍頭企業(yè)，為什么突然出現(xiàn)態(tài)度上的轉(zhuǎn)變?NCM是目前最主流的三元材料，也被認為是未來的發(fā)展趨勢。NCM指的是鎳鈷錳酸鋰三元材料。通過調(diào)配鎳、鈷、錳三者的比例，得到不同的電極特性。
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，幾乎到達了能量密度的天花板。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)。
三元材料和磷酸材料的區(qū)別。
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%
單從材料性能上對比，三元材料具有很大的優(yōu)勢，特別是比容量和壓實密度。磷酸鐵鋰克比容量理論最大值170，155基本上是磷酸鐵鋰的上限，目前唯一能夠?qū)崿F(xiàn)技術(shù)突破的也就是壓實密度，目前還沒有實質(zhì)性的進展。
標準電壓的差距那更是”生理性”短板無法改變。三元和磷酸鐵鋰18650電芯的比較(以某前十名公司電芯做比較)
從圖表看：
三元電芯基本容量在2200mAh左右，LFP電芯在1500mAh，比LFP電芯高出45%，基本上可以說在18650電池上，LFP電芯沒有任何優(yōu)勢。LFP電芯循環(huán)次數(shù)是三元電芯的三倍，事實據(jù)我們了解，三元電池循環(huán)次數(shù)能夠800-1000。
三元和LFP其他動力電池比較：對于電動汽車電池比較重要指標是重量，空間和安全性。單位重量情況下，容量比較：
LFP電芯：容量/重量=50/1.46=34.2Ah/Kg
三元電芯：容量/重量=42/0.86=48.8Ah/Kg
單位容量比：(48.8-34.2)/34.2=42.6%，從單位容量來看，三元比LFP高出42.6%。
換成單位瓦時計算：容量/重量*標準電壓
LFP電芯：34.2*3.2=109.4wh/Kg三元電芯：48.8*3.65=178.2wh/Kg
從單位瓦時來看，三元比LFP電芯高出(178.2-109.4)/109.4=62.9%。
從空間上計算，在同樣容量的情況下，LFP電芯比三元電芯多占用48.6%的空間。
安全性問題：從物理化學性能上來看，LFP材料比三元材料更安全，這個不可否認，但即使在安全問題，不僅僅是正極材料問題，包括電解液，隔膜，PACK，BMS整車都存在著一定的安全問題。而且，國外三元材料電池在新能源汽車上使用量遠高于磷酸鐵鋰電池。
從目前報道新能源車著火問題，LFP電池汽車并不低于三元電池新能源汽車，筆者就不再一一列舉。比亞迪考慮三元材料的另一方面原因可能和國家補貼政策預期變化有關(guān)。其中新增的一項技術(shù)考察指標備受爭議--噸百公里耗電量，具體計算方式如下：
補貼草案中對能耗指標的要求主要有兩種形式：噸百公里耗電量不大于13kwh，分段設(shè)置百公里耗電量(M代表整備質(zhì)量;Y代表耗電量)
作為能耗指標，對比百公里耗電量，噸百公里耗電量引入了車輛的整備質(zhì)量，這樣的考察指標是否合理?該標準一出就有輿論指出，這是鼓勵大型車、打擊小型車。小型車如果為了達到指標，加重車身質(zhì)量，將增大能耗，從而與汽車輕量化發(fā)展路線背道而馳。也有一些專家對噸百公里電耗指標持明確的贊成態(tài)度，全國乘用車市場信息聯(lián)席會秘書長崔東樹認為，“噸百公里電耗的指標是相對合理的，有利于規(guī)范電動車市場區(qū)間，防止低速電動車簡單套目錄進入國家支持的新能源車范圍。”
對于高能量高性能的追求，是技術(shù)發(fā)展的必然方向。三元材料也是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。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，但筆者認為兩者技術(shù)會長期同時存在。隨著未來應用市場的細化，各種技術(shù)“各司其職”，在各自的領(lǐng)域開疆辟土。
隨著各種電極材料技術(shù)走向瓶頸期，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)?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，需要對市場有充分地認識，有足夠的資源來維持。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。
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