本文目录一览：
- 1、宁德时代第一被抢，无钴电池成新方向，电池技术瓶颈何时能突破？
- 2、换电VS充电，谁决定新能源车未来？
- 3、三元锂电池和磷酸铁锂电池哪个好
- 4、磷酸铁锂这两年：被政策左右，和两个关键人物 | 汽车产经
- 5、10月动力电池产量共计7.1吉瓦时，三元材料占大头
- 6、「科普」新能源车动力电池安全风险与应对方法
宁德时代第一被抢，无钴电池成新方向，电池技术瓶颈何时能突破？
前一段时间宁德时代关于三元锂电池包做针刺测试的事情引起了很多人的讨论，不管做针刺的意义是为了引起电池短路，还是电池无法被针刺就算“成功”，动力电池的安全问题始终是推进电气化发展的重中之重。
从比亚迪刀片电池的亮相和针刺测试的成绩，到宁德时代的回应，不管出发点几何，动力电池发展过程能够形成技术性突破，这都算是好事一件。
但针刺话题并非今儿的重点，谁比谁好，谁好到哪个程度才是今儿的方向。电池市场垄断能够被打破，企业间走向多元化竞争才是一种良性的市场环境。
当下，高成本的三元锂电池依旧是限制电动车发展的关键因素之一，降低动力电池生产成本，提高能量密度等问题同样不容忽视。
新能源 汽车 产业在国内快速推进与发展下，宁德时代顺势搭乘了这趟快车，又因国内政策的扶持和宁德时代自身的实力，宁德时代在动力电池这块显然已是各大 汽车 厂商互相争抢和合作的第一对象，伴随着市场份额的增长，这几年做到了全球动力电池装机量第一的位置。
2019年，国内动力电池装机量约为62.2GWh，同比增长了9.3%，其中宁德时代以31.71GWh的装机量继续领跑第一，市场占比达到51.01%，实现绝对领先优势。
比亚迪以10.76GWh的装机量位居第二，市场占比为17.3%。国轩高科以3.31KWh装机量位居第三，像力神、孚能、比克、亿纬等则位列其后。
以全球市场动力电池装机量来看，2019年宁德时代以32.31GWh的装机量连续3年夺得全球第一。
松下以装机量29.11GWh夺得全球第二，第三则是LG化学，动力电池装机量为13.95GWh，比亚迪则以10.78GWh的装机量位列第四。
不过时间来到2020年第一季度，动力电池的市场份额发生了微妙的变化，多年连续第一的宁德时代以17.4%的市场份跌落至第三。
第一和第二分别被27.1%的LG化学跟25.7%的松下所拿下，去年同期，宁德时代市场份额达到23.4%。
宁德时代动力电池装机量在第一季度之所以存在较大幅度的下滑，一来是受国内疫情影响，停工停产、装车量减少和市场销售都出现了大幅滞后现象。
此时宁德时代95%的市场份额都由国内市场贡献，所以对宁德时代造成了较大的冲击，上汽、东风、吉利、宝马、蔚来、东风等车企都是宁德时代的主要客户。
LG化学动力电池市场份额的增长不仅在于国产Model 3的落地与交付，国外奥迪e-tron、雷诺Zoe销量增长也带来了不少贡献。
不过随着2月份国内逐渐复工复产，3月份开始冲刺，在第二季度宁德时代的的市场份额预计会得到大幅提升。
LG化学俄亥俄州工厂
当然，有人欢喜有人愁，在全球动力电池装机量的市场份额来看，LG化学绝对是后来者居上，但同样作为特斯拉动力电池供应商的松下则出现了一丝小尴尬。
这边LG化学因为收到特斯拉更多的订单，正如火如荼地生产，以满足特斯拉持续增长的装机量需求。
那边宁德时代与特斯正式开展合作，配合度也很高，抓住特斯拉这个大客户对于动力电池厂家而言绝对是一大利好。
此时，松下的局面就略显尴尬，不管是先期的18600圆柱形电池还是现在的21700电池，松下一直都是特斯拉合作紧密的伙伴，之前也是特斯拉唯一的动力电池供应商。
但是按照松下扩充产能的前提条件是“实现盈利”的情况来看，显然松下与特斯拉合资位于美国内华达州的超级工厂并未能实现盈利。
当前松下工厂32GWh的年产确实无法满足特斯拉35GWh年产能的需求，因此松下跟特斯拉也出现了合作上的分歧。
松下内华达州的超级工厂
另外，特斯拉一直想自己做电池，把最大主动权和话语权掌握在自己的手中，这点是公开的秘密，把命运掌握在自己手上要比希望寄托于别人显然更靠谱，并且特斯拉做电池的技术路线将会是固态电池。
但是按宁德时代董事长曾敏群表述来看，真正的固态电池需要用到金属锂作为负极，唯此方能提高电池能量密度，实现更高的续航。
所以当下车规级固态电池的能量密度还不如锂离子电池，而宁德时代除了三元锂电池之外，也有自己的磷酸铁锂电池跟正在研发的全固态电池技术方案。
所以合作伙伴能够提供充足的产能，并提供不错的动力电池解决方案，这对于特斯拉而言也会降低更多顾虑。
好消息是，在2019年财报会上，松下在去年的三四季度已经实现了盈利，面临着当下特斯拉加大力度与LG化学跟宁德时代的紧密合作，尴尬的氛围逼得松下放低了姿态，并在今年3月份表示内华达州超级工厂为年产能35GWh做好了准备。
在我们熟知的领域中，动力电池有磷酸铁锂电池和三元锂电池，磷酸铁锂作为早期以及现在主要的电池类型之一，低成本、高稳定性以及高安全性一直都有着比较大的优势。
但是随着更多车企入局电动车领域，提高能量密度、增加续航里程、并实现更快的充电速度，已经成为一大需求，此时三元锂电池则是大家首选的解决方案。
但是成本过高的代价一直是三元锂电池的一大劣势，也直接导致电动整车售价高居不下的问题。
为了控制成本，NCM523和622的三元锂电池（镍钴锰比例）成为很多车企入门的选择。
当下不少15万级以下和插混等新能源车都选择NCM523或者NCM622型号的三元锂电池，以达到控制成本和续航的平衡。
NCM811电芯作为宁德时代明星级别的产品，已经成为蔚来、小鹏等众多车企采购的对象，相比起523和622，811电芯能够在不改变电池体积的前提下，实现更高的能量密度，有着更高效的充放电。
因此，减小电池包对整车空间侵占、提高充电功率、降低充电时间成了811的优势，由宁德时代供应的 三元锂电池中，NCM811电池的出货量在20%左右。
但是三元锂电池里头钴含量的高低对正极材料成本有着很高的影响，作为贵金属，刚果地区贡献了全球一半以上的产量。
在全球对钴生产量需求越来越高的情况下，供不应求的市场现象跟价格的波动，都对动力电池厂家的采购跟动力电池成本的产量有着很大的影响，也直接影响着主机厂产品推出的节奏。
所以，“无钴化”是现在大家寻求改变的方向，而磷酸铁锂电池的“无钴”身份也让它迎来了第二个春天，众多动力电池厂家也开始将“无钴化”作为自己新的发展目标。
就拿5月18日蜂巢能源发布的两款“无钴电池”来讲，一款是基于590模组的电芯设计，由14个模组组成，容量为115Ah，可达96度电，能量密度可做到245Wh/kg，续航里程可达600km。
这款无钴电池能够实现15年120万公里的质保，超长的使用寿命免去电池寿命短的担忧，并将于2021年6月份推出市场。
另一款L6薄片无钴长电芯体积要比590模组的电芯大一些，容量有226Ah，能量密度为240Wh/kg，电量可达135度，并采用CTP的PACK方案，续航里程可达880km，2021年下半年推出市场。
蜂巢能源推出无钴电池，正是考虑到全球钴产量有限，且市场需求超量导致的一系列问题，所以，无钴电池可以规避这一问题。
加上蜂巢无钴电池具备更高容量、更长寿命、安全性性更好的特性，还提升了电动车续航能力和电池衰减，即使它就是磷酸铁锂电池的“改良”或者“换代”版本，但“无钴”和“低估”也是整个行业降低对钴元素依赖的重要解决途径之一。
只不过这种途径当下并不能彻底解决问题，毕竟国内三元锂电池的市场占比达到72.8%，磷酸铁锂仅22.93%，三元锂电池依旧是市场主流。
在未来相当长的一段时间内，三元锂电池将继续扮演重要的角色，毕竟811电芯才开始起步不久，在技术上还有需要完善的地方，例如更好的热失控管理等，车企花费大力气攻克下的新产品自然不会因为无钴电池的出现就立刻断送这款重磅产品的命运。
何况宁德时代也有自己无钴电池的技术路线，之后将为特斯拉提供无钴电池也已经是板上钉钉的事情，宁德时代也不会自家无钴电池的推出，而绞杀了NCM811产品线。
所以无钴电池以目前的市场体量跟技术发展情况来看，未来还是会以高阶的主流产品存在，并受到大家的青睐，价格有优势的无钴电池或许会成为523等三元锂电池的替代方案之一。
比亚迪刀片电池
与此同时，像LG化学等动力电池生产厂家有意将未来的新产品研究方向像NCMA技术方向转型，在降低了70%的钴元素之后，还能降低成本，让电池成本控制在100美元/KWh内。
不管是“无钴化”，还是“低估化”，动力电池始终是制约新能源车发展的重要因素，各大车企也意识到了问题的重要性。
所以特斯拉想要自己造电池、比亚迪能自己造电池、大众选择跟国轩高科合作，并互签了《国轩高科股份有限公司非公开发行A股股票之附条件生效的股份认购暨战略合作协议》，大众占股26.47%。
另外，宝马选择跟宁德时代合作、奔驰选择跟孚能合作……从这些车企对动力电池的加码，来增加自身电池供应话语权显得尤为重要，因为大家也知道，在这场电气化的战争中，不被牵制和制约，才能掌握最大的胜算。
动力电池“无钴化”是新技术方向，各动力电池厂家“低估”和“无钴”的方案也在跟进，但三元锂电池依旧是当下的重点技术路线，“无钴”电池的发展还需要时间验证，但毫无疑问，解决动力电池供应链问题是车企们的需要攻克的重点之一。
换电VS充电，谁决定新能源车未来？
王兴在投资理想之后，一度放话：“2020年还买燃油车简直就跟2011年还买诺基亚一样。”
无数车企宣布燃油车到期将彻底退出市场，正如当初被苹果蚕食的功能机市场，新能源车意味着未来。
然而，遍布全国各地的119000座加油站，是燃油车自由驰骋的保障。与之相比，新能源车的补给站数量更多。
数据显示：中国电动 汽车 充电基础设施促进联盟数据显示，截至2021年9月底，国内充电基础设施数量为222.3万台，车桩比约3.05 1。
以广东省为例，广州市大概1万个加油枪，300万台燃油车。新能源 汽车 大概是30万台，却有5万个直流快充桩。广州加油站是700座，快充站是2300座。
数据似乎无法解释高速服务区的长队？如同火车票，平时与春运，意味着截然不同的供需要求。
普遍约445公里不到的续航，长达3小时的充电时长，是电动 汽车 普及的最大痛点。
当电子设备有了更大屏幕、更高的分辨率、更强大的CPU，电池技术却好像仍在原地踏步。
尽管不断有车企、电池厂商放言实现1000公里续航，但却屡屡遭到业内专家打脸。续航问题，是横亘在电动车面前的一座大山。
评价电池性能的主要指标，首先是电池能量密度，也就是电池单位体积或质量所释放出的电能。能量密度越大，电池携带的电量越多，也就意味着更加强大的续航能力。
电池能量密度主要与正负极材料有关，无论是车企还是电池企业都在尝试通过各种组合实现更好的性能。
电动 汽车 使用的主流电池之一是三元锂电池，其正极材料使用镍、钴和锰三种材料，镍在其中起着提高电池能量密度的作用，决定了电动 汽车 的续航里程。
目前，“提镍降钴”是主流方向。三元电池正极材料镍钴锰比例从5：2：3变为6：2：2，当前三者比例可达8：1：1。电池和材料企业正探讨三者比例进一步变化为9：0.5：0.5，而“全镍”电池也是研发方向之一。
然而，技术进步的速度，远远赶不上 汽车 企业需求。续航之外，成本的考量对企业更加重要。
新能源车的不可能定律：续航、安全、低成本，三者不能同时存在。电池技术，成为新能源车彻底取代燃油车的掣肘。
电动车的电池成本结构特殊，原料成本大于生产成本，量化生产对成本的降幅很小，边际成本不会因为高效产出而出现明显的下降。
以当前主流的两种电池即磷酸铁锂和三元电池做对比，磷酸铁锂安全性较好、寿命较长、成本较低，但能量密度和高低温性能稍差。三元电池正极材料使用钴和镍等高价金属，成本更高。
而成本的降低，对电动车的普及至关重要。无补贴的电动车初购成本要想实现与燃油车相当，电池价格需要下降到100美元（约647元人民币）/KWh。彭博新能源 财经 监测数据显示，2020年锂离子电池平均价格降至137美元（约887.6元人民币）/KWh，但受电池原材料价格上涨影响，锂电池价格降至100美元/KWh的速度或会放缓。
数据来自：data yes 萝卜投研
这也是随着上游原材料价格上涨，国家宣布补贴退坡之后，成本更低的磷酸铁锂电池市占率回升。
特斯拉近期在投资者大会上表示，对于标准续航版Model 3和Moderl Y，全球范围内都将改用磷酸铁锂电池。此外，有消息称，苹果正在为其电动车寻求磷酸铁锂电池。
从今年前三季度装车量来看，三元锂电池占比依然领先，但两者差距在逐渐缩小。其中，三元锂电池占总装车量51.2%，磷酸铁锂占比为48.7%。
这也就意味着，在短期内，车企在成本控制需求下，电池焦虑的解决方案，还要从电池之外去寻找解决方案。
换电只是当前解决电池焦虑的解决方案，超充和长续航才是终极解决方案。
国内纯电动 汽车 补充电能的方式一直存在充换电之争，换电模式和充电模式各有利弊，换电更加快捷，但建站成本更高，对车辆和电池组的设计也有特殊要求。
充电模式一直行业主流。
根据用户不同，充电桩分为公共桩、私人桩和专用桩。私人充电桩方面，截至2021年7月，充电联盟成员内整车企业采样约144.5万辆车的车桩相随信息，其中随车配建充电桩106.4万台。
快充技术统一标准化很容易在不同车企实现，全国电网统一标准，全国电动车插口统一标准，全球电池技术共同进步，快充技术的标准设立，和快充电桩的普及，成本低的多。
特斯拉超充站数量达到 3.254 座，超充桩数量达到 29,281 个。
目前，国内造车新势力，理想、小鹏有认为超快充电桩是纯电车的先决条件，而蔚来选择押注“换电”。
不同的解决思路，一个是快速给车充电，一个是用提前充好电的电池给车补给能量需求。
以功能机时代的手机为例，掀开手机后盖换电池的方式，在智能机时代，已经被厂商和用户抛弃。
2020年8月，政策允许车辆与电池分开销售，在这一模式下，购车价格不包含电池，蔚来 汽车 价格普降，极大地降低了用户购车成本。蔚来车电分离方案实际上实现了电动车和燃油车平价。
买车租电池的方式，也极大地降低了电池衰减等问题给用户带来的不良体验。
相比充电，换电所用时间更短，按国家换电站标准，5分钟内即可完成。此外，换电站给替换下来的电池组充电均为慢充，快充容易出现热失控起火，换电模式电池组统一管理在安全性上更加可控。
截至2021年9月，我国共有电动 汽车 换电站890座。其中，蔚来在全国范围内的换电站数量已经超过600座。
国内进入工信部产品公告目录的换电车型近200款，累计销售超过15万辆。
换电模式也得到宁德时代等电池厂商的支持，与蔚来 汽车 （NYSE：NIO）、哪吒 汽车 等企业合作推广车辆和电池分离销售模式，组建武汉蔚能电池资产有限公司和蓝谷智慧（北京）能源 科技 有限公司等电池运营公司。
然而，换电模式到底是解决电动 汽车 的真实痛点，还是迎合出于燃油车用户的惯性思维？特斯拉当年致力普及的换电模式，也因为成本，电池技术进步的原因而放弃。
京东物流目前拥有近20万名配送人员，已在全国运营约1200个仓库，总管理面积2300万平方米。
自建物流平台，给京东用户带来的是极佳体验，也构成京东与其他电商平台竞争的护城河。蔚来在产业链控制和车型研发都落后于特斯拉，换电服务也是蔚来与特斯拉形成差异化竞争的高成本服务。
自建补能体系是蔚来 汽车 的战略选择。截至9月30日，全国共有517座蔚来换电站，其中营运中二代换电站占比超60%。
蔚来 汽车 换电站属于企业自营，服务对象仅有蔚来 汽车 现有的三款车型，保有量约为13万辆。据蔚来 汽车 透露，截至目前，蔚来用户换电服务累计超四百万次。
车站比大幅降至312，车站比是指单座换电站平均服务的用户数，车站比越低代表换电站资源越充沛。截至9月30日，蔚来换电站的车站比下降至312，即平均每个换电站覆盖312位用户。
蔚来 汽车 的创始人李斌：用户永远为美好的体验买单，企业永远因为提升效率而赚钱。
然而，只供自家使用的换电站，商业模式较为单一，主要收取电费和服务费。换电站需要提高利用率，才能实现经济效益。然而，跨品牌的换电模式最需要统一的是电池包规格，在这方面还未出现行业整合力量，也就意味着难以规模化。
特斯拉在我国就有超过7000个超级充电桩正在投入使用，而这些在全球广泛布局的超级充电桩也是特斯拉 汽车 的核心卖点之一。
小鹏 汽车 已经在全国202座城市当中建立了1457座超充免费充电站，基本覆盖了全国核心主城区。
要想做大规模，武汉蔚能必须走向开放平台，吸引其他车企加入。
合作的前提是，其他车企需要采用和蔚来 汽车 同样的电池包规格和标准。当蔚来的换电站还在因为电池标准难以统一而无法吸引外部用户，特斯拉的全球超充站却即将对外部用户开放。
时至今日，特斯拉市值已经超过所有燃油车企总和，新能源车代表着未来已经毫无疑问。谁能在做出最大规模的销量优势，谁能笑到最后。
三元锂电池和磷酸铁锂电池哪个好
磷酸铁锂电池要更好一些。
2021年磷酸铁锂电池出货量增速已远超连续多年占据市场优势的三元锂电池。按照上述数据测算，2021年国内动力电池市场中磷酸铁锂和三元锂电池装机占比分别为53%、47%，彻底扭转了2018年以来磷酸铁锂电池产量连年不及三元锂电池的趋势。
电池优势
除了外部环境利好，磷酸铁锂电池自身的产品力也在快速提升。多位业内专家向记者表示，目前磷酸铁锂电池的产品性能以及成本优势已十分突出，这是其在2021年“扳回一局”的重要因素。
曾佑鹏指出，自2020年比亚迪推出磷酸铁锂刀片电池以来，能量密度不及三元锂电池的“传统劣势”有所减弱，同时持续的技术创新使得磷酸铁锂电池基本能满足续航600公里以下的全部车型需求，尤其是比亚迪、特斯拉等新能源车企为磷酸铁锂电池需求增长带来了强劲动力。
磷酸铁锂这两年：被政策左右，和两个关键人物 | 汽车产经
如果不出意外，今年，磷酸铁锂电池的全年装车量将超越三元锂电池，时隔四年之后，再次成为这场技术路线之争的胜利者。
12月10日，中国汽车动力电池产业创新联盟发布的装机量数据显示，1-11月，三元锂电池装车量达到63.3GWh，占比49.3%。而磷酸铁锂电池的装车量则为64.8GWh，占比50.5%。
自2017年三元锂电池装车量全面超越磷酸铁锂电池之后，四年时间，动力电池的技术路线之争已经走过了一个周期。
如今，磷酸铁锂电池再次迎来了顺风局。而在上一个周期，磷酸铁锂电池曾一度被行业认定为是一项“落后”的技术。
从曾经的“落后技术”到再次成为“顶流”，磷酸铁锂这两年，究竟经历了什么？
1，逃不过的政策支配
在磷酸铁锂电池与三元锂电池的技术路线之争中，有一个不得不提的关键时间——2016年。
从2009年我国开启新能源汽车“十城千辆”推广工程起，到2016年，磷酸铁锂电池一直是最主流的解决方案。
彼时，国内的新能源汽车市场以商用车为主，磷酸铁锂电池低成本、高安全的属性恰好契合了商用车市场的需求。
直到2016年底，财政部、科技部、工信部和发改委联合发布了新能源汽车补贴新政：
自2017年开始，新能源汽车按照能量密度进行差异化补贴，能量密度高于120wh/kg的按照1.1倍补贴。
而在当时，能量密度能到达120wh/kg的磷酸铁锂电池寥寥无几，反而是化学性能先天就有优势的三元锂电池轻而易举就能到达这一水平。
于是这条补贴政策在车企眼中，有了更直白的解读方式——250公里续航以上的车型如果装载三元电池可多获得4400元的补贴。
也是在那一年，三元锂电池由于技术的推进和原材料价格的走低，均价已经从2014年的 2.75元/Wh 降到了2.15元/Wh，比磷酸铁锂的2.35元/Wh还要低。
双重推动之下，三元锂电池一朝得势。在磷酸铁锂电池称霸市场8年之后，2017年，三元锂电池在乘用车市场中的占比已经达到了76%。
但三元锂电池并非完美解决方案，它身上的最大不足在于高温下的安全性问题。
以三元811电池为例，它曾是能量密度最高与技术含量最高的三元锂电池，但其热失控的温度却相当低，导致自燃事件频发。
曾经，在特斯拉最初进入中国市场时，由三元锂电池带来的高续航一度受众人追捧。但在2019年，连续发生的自燃事件，也将其搭载的三元811电池推上了风口浪尖。
甚至补贴政策中的唯续航论，也开始引起了整个行业的反思。
也就是在这一年，国家的补贴力度开始大幅退坡。高能量密度、高续航带来的补贴优势不再如往日那般明显。
另一方面，在2018年时，技术的发展以及原材料价格的波动使得两种电池的价格优势再次出现了互换。三元锂电池成为了成本更高的那个。
至此，助力三元锂电池崛起的两大支撑没有了。彼时，就曾有人预测，磷酸铁锂电池可能将重新成为市场主流。只是，当时的磷酸铁锂电池因为能量密度没有突破，仍然被很多人认为是落后技术。
要再次获得市场认可，磷酸铁锂电池需要技术，也需要契机。
2，2020年的转折
终于在2020年，磷酸铁锂电池在发展历程中等来了两个关键人物——王传福和马斯克。
2020年年初，一直坚定选择磷酸铁锂路线的比亚迪发布了“刀片电池”。
通过结构创新，刀片电池将传统磷酸铁锂电池包的体积利用率提升50%以上，系统质量能量密度以及体积能量密度得以大幅提升。
更为关键的是，在那场发布会中，比亚迪将安全性作为了刀片电池最重要的宣传点之一。在经历2019年接连不断的新能源汽车自燃事件之后，安全已经成了消费者最为在意的东西。
于是，磷酸铁锂电池这一曾经人们心目中的落后技术，转身成为了能量密度不差、安全性更强的最强新星。
在今年6月份，当近几年来磷酸铁锂电池单月产量首次超越三元锂电池之后，比亚迪董事长王传福志得意满地说道：“刀片电池以一己之力把磷酸铁锂从边缘化拉了回来”。
在刀片电池发布后，宁德时代和国轩高科的CTP技术和JTM技术也陆续应用在了磷酸铁锂电池上，能量密度同样大幅提升。
如果说，王传福为磷酸铁锂电池的再度崛起补上了技术的一环，那么马斯克这个带货大王，则为磷酸铁锂电池的营销宣传贡献了力量。
2020年年中，特斯拉开始在国产车型上正式使用宁德时代的磷酸铁锂电池。当特斯拉这个新能源汽车风向标企业都开始使用磷酸铁锂电池时，外界对这一技术的态度彻底发生了改变。
在各个场合，马斯克也不遗余力地为磷酸铁锂带货。
今年8月份，马斯克在推特上回答部分车主提问时就曾明确写道，自己更喜欢磷酸铁锂电池，“因为可以充电到 100%，而三元锂电池只建议充到 90%”。
当然，关于特斯拉为什么选择磷酸铁锂电池，也有人认为其主要原因还是为了降低成本，进而快速占领市场。
的确，自特斯拉开始在国产Model 3和Model Y上使用磷酸铁锂电池之后，其售价便大幅度下降，并由此收割了大量订单。
由于使用钴、镍等金属，目前三元锂电池的价格明显高于磷酸铁锂电池。
今年2月，马斯克曾说，出于对镍长期供应可得性的担忧，特斯拉将考虑在更多电动汽车上配套磷酸铁锂电池，“镍原料供应是我们在电池量产过程中最为关注的问题，这也是为什么我们计划将标准续航版的电动汽车搭载铁锂电池。铁（和锂）有很多！”
而王传福也有过类似表述，在他看来，“真正大规模推广的电池，一定不能依赖稀有金属”。
尤其是在中国。目前，国内市场的钴和镍都大量依赖进口，而磷矿则产量丰富。
事实上，磷酸铁锂电池装车量之所以在今年超越三元锂电池，还有一个不容忽视的重要原因——热门车型的带动。
在新能源汽车销量排行榜中排名前列的比亚迪车型、特斯拉车型，以及宏光MINI等，全都搭载了磷酸铁锂电池。
3，写在最后
不过，如今的磷酸铁锂电池也并非没有缺点。低温续航表现差，依旧是其未能解决的难题。
甚至因为这一缺点，在最近的媒体报道中，“磷酸铁锂电池装车量超三元锂 或加剧新能源车冬季续航难题”也再次成为了关注的重点。
至于电池技术的终极解决方案，如今已经有越来越多人将期望放在了兼顾长续航与高安全性的固态电池上。
不久前，在谈到固态电池的未来发展时，中国科学院院士、中国电动汽车百人会副理事长欧阳明高表示，虽然中国目前在汽车动力电池供应上处于绝对龙头地位，但在固态电池领域，中国要追赶日本至少需要五年时间。
有意思的是，在今年前几个月的全球动力电池厂商排名中，比亚迪刚刚凭借磷酸铁锂电池的热销超越LG与松下。
那么待到下一波技术路线之争时，攻守之势还会再次发生转换吗？
10月动力电池产量共计7.1吉瓦时，三元材料占大头
近日，我们获悉，10月份我国动力电池产量累计7.1GWh，较上月增长1.1%。其中三元电池产量为4.3GW，磷酸铁锂电池产量为2.6GW。10月份，中国动力电池行业前三名企业产量为4.8GWh，占比68.2%，前五名企业产量为5.5GWh，占比78.4%，前十名企业产量为6.5GWh，占比91.7%。
「科普」新能源车动力电池安全风险与应对方法
1、新能源车电安全引人担忧
近年来伴随新能源车市场的火爆， 社会 上已发生多起新能源车起火事故，电池安全渐渐成为了新能源电动 汽车 最重要的议题之一，也是各方关注的焦点。新能源 汽车 国家大数据联盟在2019年08月发布的《新能源 汽车 国家监管平台大数据安全监管成果报告》显示：2019年5月起3个月之内共发现79起安全事故，涉及96台车，情况很严重。已查明着火原因主要是电池自燃、车辆碰撞、车辆浸水、车辆不合理使用问题，它们导致了锂离子热失控。事故车辆中磷酸铁锂电池占比7%左右、三元锂离电池占比86%左右，剩余车辆电池不明。
图1 电动 汽车 起火相关案例
基于此，针对电动 汽车 的法规升级越加频繁，要求也越来越高。国标GB30381-2020《电动 汽车 用动力蓄电池安全要求》加入了电池热失控预警要求，要求车辆在热失控导致乘员舱发生危险前5min发出提示信息提示人员安全撤离，对热失控的检测以及蔓延抑制提出了紧迫而具体的要求。C-NCAP在2021年也引入了柱碰测试法规，国外机构Tesla、三洋、三星等在2014年前就电池热失控领域开展了大量研究，Tesla已申请60多份相关专利；国内机构如CATL、清华大学近几年均成立专门的技术团队研究电池安全特性；以清华大学为例，其热失控方面部分研究成果已用于宝马、戴姆勒、三星、长安、CATL等合作项目。
图2 电动 汽车 中涉及电池安全的相关标准
由于法规的升级和树立 汽车 品牌形象需要，目前国内越来越多的主机厂生产的新能源电动车也开始考虑了绝缘安全防护，如基本绝缘、外壳防护、漏电监测、手动断开等安全防护措施；除此之外，在新能源 汽车 安全开发过程中，GB 以及NCAP 工况只是基本的考核要求，为实现真正的新能源 汽车 的安全性，减小消费者对新能源车不安全的误区，我们需考虑更多的实际交通道路事故中所出现的碰撞工况，在所有测试工况下避免高压电防护失效导致的高压伤害。
图3 新能源车型电安全开发考核工况
2、动力电池简介
从系统的角度来说，电池分为化学电池、物理电池和生物电池三大类。对于我们比较熟悉的化学电池，则是按正负极材料进行分类，有铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池等车辆比较常用的动力电池。铅酸电池技术成熟、价格便宜，但其污染严重，比能量低，一般应用于大型不间断供电电源以及电动自行车；镍氢电池安全性高、耐过充过放性能好，但其比能量低、低温性能差、自放电率高，一般应用于混合电动 汽车 以及电动工具；锂离子电池相比以上2种电池具有比能量高、循环寿命长、充电功率范围宽、倍率放电性能好、污染小等优良特性，现今被电动 汽车 广泛采用，也是现今国网力推的一种电动 汽车 充电电池类型。
图4 电池分类
市场上常见的锂离子电池基本分为4类，其中磷酸铁锂电池的热稳定性最好，锰酸锂电池次优，三元锂LiNiCoMnO2电池略差，而钴酸锂电池最差。磷酸铁锂电池循环寿命长、毒副作用小、成本低廉、充放电倍率大、高温稳定性好，但一致性不好，能量密度低。锰酸锂电池成本低，毒害性较低，但热稳定性差，循环寿命短，应用较少。三元锂（LiMn2O4）电池能量密度高，但大功率充放电后温度升高，高温时释放氧气，热稳定性较差，寿命较短。钴酸锂电池热稳定性最差，它的正极在高温时容易分解，加速热失控，但能量密度高，续航更出色，特斯拉 汽车 采用了这种电池。
图5 主流锂离子电池性能比较
这些种类的锂离子电池最大的区别就是正极材料的不同, 实际上正极材料是影响锂离子电池性能和成本的关键因素，目前国内新能源 汽车 动力电池应用最多的是磷酸铁锂电池和三元锂电池。
图6 磷酸铁锂刀片电池
图7 三元锂硬壳电池
图8 一般动力电池包结构形式
3、电池存在的安全风险
各种电池起火的共性原因是电池热失控，隐患总体可以分为三大类，一类是环境高温，引起电池正负极的剧烈反应，反应会向可燃的电解液中释放大量的能量，并析出氧气，导致电池膨胀、过热甚至失火；一类则是外部的物理性破坏，导致电池隔膜贯穿，正负极直接接触使得电池内短路，短时间内释放大量电能（可转换成热能），导致电池热失控；最后一类则是电池过充、过放导致的内部结构损坏，从而引发电池的热失控。
热失控(Thermal runaway)是指由于锂离子液态电池在外部高温、内部短路，电池包进水或者电池在大电流充放电各种外部和内部诱因的作用下，导致电池内部的正、负极自身发热，或者直接短路，触发“热引发”，热量无法扩散，温度逐步上升，电池中负极表面的SEI(Solid Electrolyte Interface)膜、电解液、正负极等在高温下发生一系列热失控反应(热分解) 。直到某一温度点，温度和内部压力急剧增加，电池的能量在瞬间转换成热能，形成单个电池燃烧或爆炸。引起单个电池热失控的因素很多、很复杂，但电流过大或温度过高导致的热失控占多数，下面重点介绍这种热失控的机理。
以锂离子电池为例，温度达到90 时，负极表面SEI膜开始分解。温度再次升高后，正负极之间的隔膜（PP或PE）遇高温收缩分解，正、负极直接接触，短路引起大量的热量和火花，导致温度进一步升高。热失控时，230 250 的高温导致电解液几乎完全蒸发、分解了。它含有大量易燃、易爆的有机溶剂，逐步受到热失控的影响，最终分解发生燃烧，是热失控的重要原因。电解液在燃烧同时，产生一氧化碳等有毒气体，也是重大的安全隐患。电解液如果泄漏，在外部空气中形成比重较大的蒸汽，容易在较低位置大范围扩散，这种扩散范围极易遇火源引起安全事故。清华大学的研究显示：正极中含镍越多则热稳定性越差，碳素材料的负极在寿命的前期较稳定，但是寿命衰减后变差。这从侧面说明三元锂电池的高镍比例，虽然容量更大，但会导致更大的热失控风险。
图9 热失控随温度的变化过程
4、应对电池可能存在的电池安全风险
应对电池可能存在的电池安全风险，可以从四个层级、七个维度来考虑电池的安全，四个层级指电芯、模组、电池包、整车，七个维度包括可靠连接、高压防护、机械挤压、过充、布置形式、短路和热失控，在每个维度跟层级都有对应的防护措施，全方位有效的保护电池安全。
新能源 汽车 发生冒烟起火的场景一般为车辆静置时充放电和车辆行驶中发生碰撞，下面我们基于锂离子动力电池在机械挤压这个维度来讲解下目前开展的一般研究方法，探究整车碰撞中电池包的受力形态与损伤（失效、起火、爆炸）机理。
本研究从卷芯到单体到模组再到电池包共4个层级，每个层级的研究又分为试验和仿真两个方面，通过不同加载方向、不同加载速度的试验来研究卷芯、单体和模组的各向异性和应变率效应，以及加载方向和加载速度的不同给动力电池变形行为和失效行为带来的影响，全面认识动力电池在不同载荷工况下的响应规律和内在失效机理；借助对试验结果的认知，开发能够表征其应变率效应、各向异性和失效行为的卷芯模型，并以卷芯模型为基础，逐级向上开发兼顾仿真精度和计算效率的电池单体模型和模组模型，以试验结果为参考对各仿真模型的仿真精度进行验证，为电动 汽车 电池包碰撞安全保护的开发提供虚拟仿真工具。
图10 研究总体框架
1）卷芯层级研究
卷芯是组成单体进而构成模组的基础，也是电池包里面最基本的电化学单元，了解卷芯的力学性能，及其力学失效和电化学失效之间的联系，有助于深入认识电池包在碰撞挤压载荷下的响应规律和失效机理。锂离子电池的正极材料通常以铝质集流体为基底，涂布钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂（LiMn2O4）和磷酸铁锂（LiFePO4）等锂离子活性物质。负极材料通常以铜质集流体为基底，涂布石墨或硅层。而隔膜则常为由聚乙烯或聚丙烯等材料制成的多孔薄膜。通过对卷芯中的正极复合体、铝箔、隔膜、负极复合体、铜箔等进行拉伸、压缩、穿孔试验，得到相应材料的材料卡片，为卷芯的精细化建模搭好基础。
图11 卷芯组分研究流程图 研究总体框架
2）单体层级研究
电池单体是向下集成卷芯、向上构成模组的结构，每一个单体都是一个可以独立工作的电化学集合体。目前车用锂离子动力电池单体，通常采用卷绕或叠片式卷芯（交替布置的正负电极和电极间的隔膜）和液态电解质，用金属外壳封装成圆柱形（a）或方形硬壳电池（b），或用镀金属塑料膜封装为软包电池（c）单体层级研究。
图12 (a) 圆柱形硬壳电池单体 (b) 方形硬壳电池单体
(c) 软包电池单体
为了全面了解电池单体在碰撞挤压载荷下的响应规律和失效机理，研究同样对单体进行了不同加载方向和不同加载速度的挤压试验。
图13 （a）Z向圆柱挤压 (b) Y向圆柱挤压 (c) X向圆柱挤压
(d) Z向球头挤压 (e) Z向锥面挤压
通过实验，可以得到对应的力-位移-电压曲线，结合对样件电镜扫描结果，来研究响应规律和失效机理，和建立了单体的有限元模型。
图14 某工况下单体力-位移-电压曲线
对于电池单体，我们通过多种方向和多种不同的加载速度的组合试验对其力电响应进行了测试，可以发现，单体也有着明显的各向异性和应变率效应。其次，单体的短路行为也具有明显的各向异性，相比于Y向和X向，Z向是单体最容易发生短路失效的挤压方向。借助对试验结果的认知，开发能够表征其应变率效应、各向异性和失效行为且兼顾仿真精度和计算效率的单体模型。
图15 单体有限元模型
3）模组层级研究
模组是将一个以上电池单体按照串联、并联或串并联方式组合，并作为电源使用的组合体。其研究方法与单体基本一致，但由于其结构比单体更加复杂多元，研究中需要考虑多种失效形式，包括单体之间的粘胶，壳体撕裂，端板断裂的现象。
图16 模组测试系统
图17 模组试验形式及样件变形情况
通过研究发现，相比单体内短路（卷芯断裂）压降失效而言，模组试验中更多的是由于结构失稳或外部侵入而发生的外短路；由于蓝膜、胶层和铝合金在冲击下韧性明显下降，更易发生失效破坏，而这些失效形式是导致模组发生外短路的关键因素，进而使得模组压降对应的力和位移的响应在准静态和存在较大差异。
图18 某工况下单体力-位移-电压曲线
通过模组多工况试验标定，建立模组有限元模型。
图19 模组有限元模型
4）电池包层级研究
通过对锂离子从卷芯到单体到模组的研究，对电池本身具备充分的了解，包括电池在冲击下的变形和失效规律，内部损伤发生的历程和机理，在发生严重损伤前所能承受的载荷、变形、能量等的最大限度，以及损伤发生过程中机电热的相互耦合和作用关系等。基于仿真模型，便可以开展多工况下电池包层级的研究与对标工作。
图20 电池包系统多工况研究
在新能源 汽车 安全开发过程中，电池包作为更加复杂的系统，不同的试验工况下，会有多种不同的失效形式，其产生的原因和所造成的危害也不尽相同。
图21 常见的动力电池失效形式
5、结语
锂离子电池凭借其能量密度大、循环寿命长、充电效率高等优点，被广泛应用于纯电动或混合动力 汽车 的储能系统。然而，锂离子电池在能量密度迅速增长的同时，对于整车的安全性设计又提出了新的挑战。特别是在经受复杂且严峻的碰撞工况时，为最大程度地发挥电池系统防护结构的作用，最大限度地在碰撞防护和轻量化设计之间寻求平衡，必须首先深入研究锂离子电池的机械性质和碰撞安全性，不但能够对新能源车辆设计和制造提出指导性的建议，也有利于新能源车辆的后期维护和事故处理等工作的进行。
为解决电池单体在机械加载下的力学响应与损伤行为预测问题，开发预测电池包力学响应和失效行为的工具，最终服务于电动 汽车 碰撞安全设计，第一阶段针对典型的车用动力电池开展了从卷芯到单体再到模组共三个层次，逐步深入的研究。每个层次的研究又分为试验和仿真两个方面，通过不同加载方向、不同加载速度的试验来研究卷芯、单体和模组的各向异性和应变率效应，以及加载方向和加载速度的不同给动力电池变形行为和失效行为带来的影响，全面认识动力电池在不同载荷工况下的响应规律和内在失效机理；借助对试验结果的认知，开发能够表征其应变率效应、各向异性和失效行为的卷芯模型，并以卷芯模型为基础，逐级向上开发兼顾仿真精度和计算效率的电池单体模型和模组模型，以试验结果为参考对各仿真模型的仿真精度进行验证，为电动 汽车 电池包碰撞安全保护的开发提供虚拟仿真工具。
