三元锂离子动力电池和磷酸铁锂电池哪个要更适合电动汽车？
来源：宝鄂实业
2019-05-14 19:30
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搜了很多有关锂电池的问题，有很多的地方没看懂，当下小弟工作中面临一个很大的选择，两款电动汽车，单从电池的角度上进行比较
1.三元锂离子动力蓄电池：电池单体额定电压/容量:3.75V/60 Ah; 电池模块额定电压/容量:18.75V/120Ah
2.磷酸铁锂电池：总标称容量62.5Ah，标称电压320
从经济性和寿命以及充电时间上讲这两款电池哪个要合适一点
先给结论：三元材料在电池比能量、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材料优势明显，在安全方面磷酸铁锂电池也优于三元材料。在选用电池时可根据不同用途选择，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，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。
下面就安全性、能量密度、单体标称电压、使用寿命、应用成本、低温衰减能力等方面分析磷酸铁锂电池和三元锂电池优劣。
安全性：
三元锂电池：三元锂电池如果内部短路或是正极材料遇水，都会有明火产生。所以一般三元锂电池都会有一层钢壳保护。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。
磷酸铁锂电池：磷酸铁锂电池则要稳定许多，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（三元锂电池在180-250℃就扛不住了）。所以在安全性能上，磷酸铁锂电池略胜一筹。
能量密度：
三元锂电池：三元锂电池的能量密度大，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。
使用寿命：
三元锂电池：三元锂电池的理论寿命是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%。但如果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，但这需要非常优秀的电池管理系统。
磷酸铁锂电池：磷酸铁锂电池即便是经过3000次0-100%的充放电使用，容量也才会衰减到80%，所以磷酸铁锂电池的电池管理系统就没那么复杂，也就进一步降低了整车研发成本。
应用成本：
咱们国家的锂矿、氧化铁磷酸盐储量丰富，制造磷酸铁锂电池有优势。而我国缺乏钴矿，制造必须采用钴元素的三元锂电池会有些困难。所以，我国许多车企（包括电池企业）发展磷酸铁锂电池是很现实的。
所以，现在市面上采用三元锂电池的电动车，动力电池基本都是国外品牌产品（日本松下，韩国SK等），价格也相应要比采用磷酸铁锂电池的车型（同级别）贵一些。
低温衰减能力：
三元锂电池在低温时的放电性能要优于磷酸铁锂电池。
三元锂和磷酸铁锂都是动力电池的正极材料，对电池能量密度有着决定性作用，所以在电池命名规则上，多以正极材料来命名，三元锂电池和磷酸铁锂电池的由来皆是如此。
国内的新能源汽车企业，早期大多采用磷酸铁锂电池作为能量来源。
磷酸铁锂电池则是采用磷酸铁锂（LiFePO4）作为正极材料，用铁元素来做电池原料，一来成本低廉，二安全性较高。磷酸铁锂晶体中的P-O键非常稳固，难以分解，即便在高温或过充时也不会发生结构崩塌发热或形成强氧化性物质，拥有良好的安全性。因此，国内的新能源汽车企业，早期大多采用磷酸铁锂电池作为能量来源。
三元锂电池到底是哪三元？
三元锂电池的“三元”指的是包含镍（Ni）、钴（Co）、锰（Mn）或铝（Al）三种金属元素的聚合物，在三元锂电池中做正极。三者缺一不可，在电池内部发挥巨大的作用。
- 镍：主要作用是提升电池的体积能量密度，是提升续航里程的主要突破口，但含量过多会导致镍离子占据锂离子位置（镍氢混排），导致容量下降。
- 钴：抑制阳离子的混排，用以提升稳定性和延长电池的寿命，此外，也决定了电池的充放电速度和效率（倍率性能），但过高的钴含量会导致实际容量降低。
- 铝或锰：钴是十分昂贵的稀有金属成本高昂，锰或铝的作用在于降低正极材料成本，同时提升电池的安全性和稳定性。
三元锂离子电池PK磷酸铁锂电池，谁更厉害？
如题主所问，两者谁更适合电动汽车？先来看看以下几个维度的对比：
高温安全性比较：
- 三元锂电池的三元材料会在200℃时发生分解
- 磷酸铁锂电池的分解温度在800℃，更不容易着火，安全性相对较高
低温衰减性能比较：
- 三元锂电池的低温性能优异，在-20℃条件下可保持正常电池容量的约70%~80%，磷酸铁锂电池在-20℃条件下只能保持正常电池容量的约50%~60%，显然三元锂电池更适应北方低温地区的使用条件
- 气温低于-10℃，磷酸铁锂电池衰减得非常快，经过不到100次充放电循环，电池容量将下降到初始容量的20%，基本与寒冷地区的使用绝缘
制造成本比较：
- 三元锂电池所必需的钴元素在我国储量较少，大部分靠海外进口，所以三元锂电池的成本必然居高不下
- 磷酸铁锂电池所需原材料无需进口，供应充足，价格稳定，成本相对较低
能量密度比较：
- 三元锂电池的能量密度较高，通过调节镍、钴、锰（或铝）三种金属元素比例，还有极大的提升空间
- 磷酸铁锂电池能量密度较低，基本已经达到理论极致
能量密度、低温性能，倍率性能等方面，三元锂离子电池综合性能优于磷酸铁锂电池，但是在稳定性以及成本上，磷酸铁锂电池占据优势。在目前的应用市场上，新能源客车的电池主要为磷酸铁锂电池，而三元锂离子电池因其优势成为乘用车商业化首选。
在国家补贴新政对能量和续航提出更高要求后，在小型乘用车领域，三元锂电池已经全面取代磷酸铁锂电池。
装同等重量的电池，磷酸铁锂电池可以行驶350公里，但是三元锂电池可以行驶500公里。此外，三元锂离子电池还可以通过不同的摩尔比，让电池呈现不同的特性，如333体系（镍钴锰比例1：1：1）、523体系（镍钴锰比例为5：2：3）、622体系（天际ME7用的就是万向622体系软包电芯）、811体系等。其中，第一个数据镍的占比越高，续航越高，但是成本更高，安全性也较低；最后的数据锰（或铝）的比例越高，续航偏低，成本更低。
在高密度、高续航的背后，必须承担镍化学性能活泼带来的安全隐患。连特斯拉Model X这样的技术领先产品，也曾在国内外多次发生电池组起火燃烧的事故。在动力电池的淘汰赛中，三元锂电池的安全性提升是至关重要的命题，也是每一个新能源车企必须解决的核心问题。在天际ME7上，我们也用自己的方式实现关于电池安全的承诺。
电芯：万向最新一代三元622体系软包电芯
- 重量轻，容量大，安全性能好，电芯能量密度达258wh/kg
- 通过USABC针刺测试EUCAR2，实现不冒烟，不起火，不爆炸、不漏液
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模组：采用VDA标准模组进行标准化开发
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Pack：上海捷新的电池集成
- 具有主动热管理系统，低温加热充电、低温行驶加热、温度均衡、高温冷却、系统保温等功能，实现电池寿命和安全的最优策略
- 电池系统具有电池状态监测，故障诊断处理、充放电保护、碰撞保护、绝缘保护，手动断电等多重安全保护
电池托架：陶瓷铝合金高强度电池托架
- 强化剧烈碰撞情况下对动力电池组的防护能力，轻量化设计优化整车质量
除此之外，我们还在积极探索和布局未来电池技术，比如更安全更高效的固态电池。天际汽车是同行业中率先布局固态电池技术的新能源整车企业，目前已和台湾辉能签订战略合作协议，按照目前的技术研发迭代进度，2021年天际汽车将在乘用车上逐步小批量使用固态电池，整车续航和安全能力将会得到极大提升。相信，届时关于动力电池的争议，会涌现更多更好的答案。
