三元材料和磷酸铁锂电池的优劣对比详解

来源：宝鄂实业 2019-05-17 22:28 点击量：次

1 锂电池工作原理

当前常见的锂电池，主要有三元锂、磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂等等，都是按照正极材料的类型来命名。与之配对使用的商业化负极材料一般都是石墨负极。基本工作原理如下图所示。

如上图所示。在充电过程中，由于电池外加端电压的作用，正极集流体附近的电子在电场驱动下向负极运动，到达负极后，与负极材料中的锂离子结合，形成局部电中性存放在石墨间隙中；消耗了部分锂离子的负极表面，锂离子浓度变低，正极与负极之间形成离子浓度差。在浓差驱动下，正极材料中的锂离子从材料内部向正极表面运动，并沿着电解质，穿过隔膜，来到负极表面；进一步在电势驱动作用下，向负极材料深处扩散，与从外电路过来的电子相遇，局部显示电中性滞留在负极材料内部。放电过程则刚好相反，包含负载的回路闭合后，放电过程开始于电子从负极集流体流出，通过外电路到达正极；终于锂离子嵌入正极材料，与外电路过来的电子结合。

负极石墨为层状结构，锂离子的嵌入和脱出的方式，在不同类型的锂离子中没有太大差异。不同正极材料，其晶格结构存在明显差异，充放电过程中的锂离子扩散进出，过程略有不同。

2 主要正极材料的类型和特点

当前商业化比较充分的正极材料主要有钴酸锂，磷酸铁锂，锰酸锂和三元锂四种。其中，钴酸锂虽然能量密度等方面存在明显优势，但是安全问题成了瓶颈，使用的范围越来越小。锰酸锂，循环性能比较差，高温性能不好，虽然抗过充能力强，成本又低，但现在主要只在低端或低速车辆上还有使用，市场份额也在缩小。只剩下磷酸铁锂和三元锂是当前真正的主流，二者一个占据能量密度和低温性能的优势，另一个则拥有循环寿命和安全性的优势，国家政策和终端用户在二者之间有些难于抉择。目前为止，公交车主要使用磷酸铁锂，乘用车等对续航和客户体验要求较高的车型则选择三元锂电池。

“提质降本”是2017年行业发展的主旋律，市场快速向龙头企业聚集，行业分化现象加剧。材料领域，上游原材料供需失衡导致价格进一步上扬，三元材料高镍化进程加快，磷酸铁锂、隔膜、电解液性能稳步提升；设备领域，企业业绩普遍有所提升，同时账期拉长所带来的资金短缺风险也在扩大。

相较于2016年，2017年我国锂电池行业市场发生了两个明显的变化：

第一，在投资扩产、并购重组热潮下，龙头企业间的竞争加剧；
第二，动力电池领域三元锂电池市场应用将大增。

今年三元锂电池在动力电池领域的应用已成为主流。宁德时代、比亚迪、国轩高科等大型磷酸铁锂电池企业都开始增加三元锂电池产能。从各类电池情况来看，2017年前10个月18.1GWh锂电总装机量中，三元/锰系电池以9.96GWh占比55.03%，与前9个月的54.49%相比，又有所提升。其中锰酸锂电池不到0.9GWh，磷酸铁锂电池以7.88GWh占比43.51%，与前9个月的44.27%相比，有所下滑。

新能源汽车政策助推锂电池行业发展碳酸锂价格刷新历史最高纪录

从汽油车向纯电动汽车（EV）过渡的方针：
4月发布中长期规划，2025年将把纯电动汽车等新能源车的销量从2016年的50万辆增至700万辆。9月底又宣布，从2019年开始，国内车辆引进要求新增汽车厂商必须生产和销售一定比例的新能源车。

从设立双积分政策，到提升贷款发放比例，再到多个城市正式启用专用号牌等，新能源汽车行业利好不断。因此，第三季度以来，我国电动汽车开始逐渐放量回暖，销量大幅提升，对电池的需求也不断增加。今年前三季度我国车用动力电池装机总量为14.75GWh，同比增长24.14%，因此电池企业在收入方面多实现较大增长。

目前，新能源汽车搭载最多的电池为三元电池和磷酸铁锂电池。受政策影响，作为锂交易指标的国内碳酸锂价格在11月中旬涨至每吨15.9万元，刷新历史最高纪录。