本文目录一览：
- 1、51Mwh，为什么三元锂电池正在成为主流
- 2、三元锂电池能量密度
- 3、能量密度没提升，为啥说比亚迪的刀片电池具有“革命”意义？
- 4、磷酸铁锂电池 VS 三元锂电池，谁才是锂电池王者？
- 5、逆袭三元锂电？特斯拉也拯救不了磷酸铁锂
51Mwh，为什么三元锂电池正在成为主流
三元锂电池成为主流四大因素：
1、在目前所有成熟的电动车动力锂电池中，三元锂电池是能量密度最大的，其它磷酸铁锂、钛酸锂难以满足国家对电动汽车补贴的要求。——在国家补贴政策面前，三元锂电池是最佳选择；
2、在消费者对续行里程的期望方面，因为三元锂电池能量密度大，同样情况下，可以续行里程更远；
3、三元锂电池的单位度电成本（元/kwh）要明显优于磷酸铁锂和钛酸锂。性价比是产品生存的王道；
4、三元锂电池低温性能较好。与磷酸铁锂电池相比，三元动力锂电池低温性能有明显优势！
三元锂电池能量密度
能量密度关于能量密度，这是一个影响新能源汽车续航表现的指标。在这个参数上，磷酸铁锂电池电芯的能量密度只有110Wh/kg左右，而三元锂电池电芯一般是200Wh/kg。换句话说，同样重量的电池，三元锂电池的能量密度是磷酸铁锂电池的1.7倍，可以给新能源汽车带来更长的续航时间。安全新能源汽车有一点让车主谈色变，那就是自燃。每年都有很多新能源汽车自燃的事故。归根结底，这和电池的稳定性有关。在这方面，磷酸铁锂电池是目前热稳定性最好的动力电池，在安全性上比三元锂电池有绝对优势。磷酸铁锂电池的电热峰值高达350°C，电池内部化学成分需要达到500~600°C才开始分解。但是三元锂电池的热稳定性很一般，300℃左右就会开始分解。温差效率当然，磷酸铁锂电池虽然耐高温，但是三元锂电池的耐低温性能更好，这是制造低温锂电池的主要技术路线。在零下20C，三元锂电池可以释放70.14%的容量，而磷酸铁锂电池只能释放54.94%的容量。而且因为在低温下，三元锂电池的放电平台远高于磷酸铁锂电池的电压平台，启动更快。充电效率一方面，三元锂电池效率更高。锂电池采用限流限压法充电，即第一阶段恒流充电，此时电流大，效率高。恒流达到一定电压后，进入第二阶段恒压充电。此时电流小，效率低。所以衡量两者的充电效率，用的是恒流充电容量与电池总容量的比值，称为恒流比。实验结果表明，10°C以下充电时两者差别不大，10°C以上充电时距离会拉大，20°C充电时三元锂电池恒流比52.75%，磷酸铁锂电池恒流比10.08%，前者是后者的5倍。循环寿命磷酸铁锂电池的循环寿命优于三元锂电池。三元锂电池理论寿命为2000次循环，但基本达到1000次循环时，容量下降到60%。即使是业内优秀的特斯拉，3000次循环后也只能保持70%的电量，而磷酸铁锂电池同样的循环后仍能有80%的容量。写在最后相比之下，磷酸铁锂电池安全、寿命长、耐高温；三元锂电池具有重量轻、充电效率高、耐低温等优点。所以，两者差异的各自适应性，才是两种雄性共存的原因。
能量密度没提升，为啥说比亚迪的刀片电池具有“革命”意义？
“把‘自燃’这个词从新能源汽车的字典里彻底抹掉。”
3月29日，比亚迪集团董事长兼总裁王传福在刀片电池的发布会上抛出这20个字时，我按下了直播的暂停键，一再确认这句话里的三个词——“自燃”、“彻底”、“抹掉”，害怕漏掉一个字，让自己误会了整句话。
既为汽车人，也为电池人的王传福肯定知道说出这一句话需要多大的勇气，也肯定知道这句话必然会引起舆论场的风波。果然，这两天陆续出来的媒体报道，不管国内还是国外的，无不围绕“电池安全”这个话题，上面提到的三个词出现了一遍又一遍。
沉寂一段时间的新能源汽车“自燃”问题又重新出现在消费者的视野里。只是，每每谈到这个问题，总有一种声音在不断回响——普通燃油车自燃的概率是新能源汽车的5倍。
虽然有不少权威人士反对这种声音，例如中国工程院院士杨裕生直指这是混淆视听：“燃油车自燃事故中，老车居多。用新车的自燃率和老车的作比较，并不合理。”
但无奈“杨老们”的声量没有“小马哥们”的大，一场因纯电动车自燃引起的“舆论大火”硬生生地被“小马哥们”用口水给淋熄了。
由于有这种声音在“背书”，不少车企开始肆无忌惮地追求高能量密度的动力电池。王传福在发布会也说道：“在新能源乘用车领域，很多企业陷入到对续航里程的攀比之中，这种攀比的压力会转嫁到动力电池身上，让行业对动力电池的‘能量密度’产生非理性追求。”
这个行业需要回归理性，需要把安全的重要性放到电池设计的首位。所以，比亚迪站了出来，想要将全球动力电池技术路线引回正道。
说到比亚迪，我们很自然会想到“铁电池”。当别人都在追求高能量密度的三元锂电池时，比亚迪还在坚持把磷酸铁锂作为其最主要的技术路线。
它的坚持引来不少非议，但它知道，有些东西是对的一定是对的，有些东西该坚持的还是得坚持——电池安全的重要性必须大于续航里程。所以，比亚迪没有放弃磷酸铁锂电池，甚至还加大了研发力度，想方设法地解决安全与能量密度这一矛盾。
刀片电池就是这一矛盾的解决方案！
有人说，刀片电池即便拿不到诺贝尔奖，也应该能拿到国家科技进步一等奖。这也许是句玩笑，但它点出了刀片电池对于新能源汽车市场的重要性——把磷酸铁锂的续航里程做到三元锂电池同一水平的前提下，把动力电池的安全性提高到前所未有的水平，引领了全球动力电池安全的新高度。
测试电池安全性能的试验有上百种，其中有一种是三元锂电池的噩梦——针刺刺穿试验。顾名思义，针刺刺穿试验就是用钢针将电池刺穿，模拟的是电池内部发生短路的情况，这也是行业内公认的对电池电芯安全性最为严苛的检测手段。
在过去，针刺刺穿试验还是国家推荐标准（《GB/T31485-2015》），它要求动力电池在实验中应不爆炸、不起火。但因为鲜少有动力电池能通过这一试验，所以，在2018年，工信部发布了3项强制标准征求意见稿，其中一条就是把这一最能代表电池安全的实验搁置了。
虽然针刺试验被搁置了，但并不意味它不重要！据清华大学电池安全实验室发布的《2019年动力电池安全性研究报告》，大部分新能源汽车起火自燃的主要原因是电池的热失控，而电池失控的主要触发条件中，电池内部短路的占比超过了90%。
如果电池内部发生短路也不至于引起电池燃烧，甚至爆炸，那就足以说明这块电池的自燃率非常非常低。
在针刺试验中，比亚迪“刀片电池”被穿透后无明火，无烟，电池表面的温度仅有30-60℃左右；传统块状磷酸铁锂电池被穿刺后虽无明火，但有大量白烟，且表面温度达到了200℃-400℃；三元锂电池的表现则更是剧烈，针刺瞬间，表面温度迅速超过500℃，紧接着就是触目惊心的爆炸。
“刀片电池”在针刺试验中的“冷静”表现，就是王传福要把“自燃”赶尽杀绝的底气！
当然了，再安全的电池，如果不能保证续航里程，也无法在已经成“红海”的新能源汽车市场立足。关于刀片电池在能量密度方面的优势，外界也颇有争议，因为网上讨论更多的是质量能量密度，也即每千克电池蕴含多少能量，而比亚迪引用的是体积能量密度。
刀片电池的革新不在材料，而在于它的结构创新——刀片状的电芯在成组时能跳过“模组”直接充当电池包的结构件，从而提高了体积利用率，增大了体积能量密度。
很多人以为，没有提高质量能量密度就是在耍流氓。但现阶段，对于普通家用车来说，增加体积能量密度远比增加质量能量密度重要！
现在提高质量能量密度的手段，更多是以牺牲电池安全为代价的，例如采用高镍的正极材料——从NCM442→NCM532→NCM622→NCM811，镍的含量越高，电池的热稳定性就越差，譬如NCM811在120℃就出现放热峰了，NCM422能稳定至180℃。
提高体积能量密度的方法更多是从电池系统的布局入手，而且提升空间非常大。刀片电池对体积利用率的提升达到50%以上，优化后的空间可以直接转化为车辆的续航里程——本来1L的电池变成0.5L了，那原本1L的地方就能装下2块电池，续航里程就能增加一倍。
不看过程，我们直接看疗效。在发布会现场，王传福透露，目前搭载刀片电池的车型只有比亚迪汉纯电。这款车在综合工况下的续航里程达到了605公里，0-100km/h的加速时间为3.9秒，在性能和续航上都足以叫板特斯拉的Model 3。
如此电池，打动的不仅是消费者，还有各大车企。据比亚迪集团副总裁兼弗迪电池董事长何龙表示：“几乎你能想到的所有汽车品牌，都在和我们探讨基于刀片电池技术的合作方案，相信大家很快就能看到、听到刀片电池更多精彩的消息。”
文 | 大雄
本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。
磷酸铁锂电池 VS 三元锂电池，谁才是锂电池王者？
在说这个话题之前，先问大家一个问题：
对于新能源 汽车 来说，你觉得最重要的是什么？
对，没错，就是电池。
我们可以做个这样的比喻：
汽车 也有"心脏"，燃油车的心脏就是内燃机，而电动车的心脏就是电池。
"心脏"的好坏决定了车辆行驶的长短。
作为电动 汽车 界的领军者-特斯拉，在2020年1月份宣布中国版的Model 3系列将在下半年生产中，搭载中国企业宁德时代生产的磷酸铁锂电池。
看到这个消息，肯定有同学会疑问了：
宁德时代是什么样的公司？它的技术有多厉害，能被特斯拉采用？
今天咱们就来说说这个。
宁德时代是由被称为“中国电池大王”的曾毓群在2011年成立的公司。
成立6年，就晋升为动力电池行业龙头，2017年销量全球第一，2018年更是迅速登陆A股创业板，目前市值大约是4600亿人民币。
到今天为止，中美欧以及日韩地区的主流车企几乎都成了宁德时代的客户，其中包括特斯拉、宝马、大众、丰田、现代、上汽、蔚来等品牌。
能做成这么大的成就，必定有两把刷子的。
宁德时代的"武器"有两把，除了常见的“磷酸铁锂”电池之外，还拥有一个领先全行业的秘密武器—三元锂电池。
那这两种电池有啥区别呢？
首先咱们先来了解锂电池。
锂电池主要分为软包形、圆柱形、方壳形。
虽然它们的形状不一样，但是工作原理都是一样的。
锂离子电池是以碳材料为负极，通常是石墨；以含锂的化合物作正极，没有金属锂存在，只有锂离子，它工作原理主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。
具体来说是这样的：
当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。
同样，当对电池进行放电时，也就是我们使用电池的过程。嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。
但是之前我们总看到这样的消息，说某品牌手机锂电池会爆炸。
这是因为什么原因呢？
我们知道电池中的锂金属化学性质十分活跃，是易燃物质。
一旦和空气接触，就会跟空气中的水发生猛烈的化学反应，瞬间产生大量的氢气，并释放出热能，极易引起燃烧和爆炸。
用高中化学的知识就是这样的一个方程式：
2Li+2H2O=2LiOH+H2
而现在锂电池中的锂，经过处理后会降低活性。在锂电池正负极之间，还有一层金属薄膜，可以防止电池内部短路。
再加上我们使用的电池都是密封的，锂离子根本没有机会和空气直接接触，从而有效的保证了电池的安全。
那什么是磷酸铁锂电池，什么又是三元锂电池？
其实它们都只是正极材料不同而已。因为不同类型的锂电池负极都是石墨，正极材料不同。所以用正极材料来区分不同类型的锂电池。
也就是说：
磷酸铁锂电池就是用磷酸铁锂做正极，三元锂电池也叫三元聚合物锂电池，主要是由镍钴铝或者是镍钴锰 做正极。
那么这两种电池有什么区别呢？
简单来说磷酸铁锂电池，它主要的优点是安全性高，循环寿命更长，理论寿命可以达到7到8年。但是缺点就是能量密度低，意味着续航能力差。
反观三元锂电池这边呢，它的主要优点是储能密度更高，意味着续航能力高。但是缺点就是安全性差，寿命差，并且元素是有毒的。
三元锂电池它的三种正极材料都是夹在一起的。
但是由于钴离子的半径比较大，所以它们搭在一起的时候会留出一个固定的空隙，给那些锂离子自由出入，因此钴酸锂相对来说比较稳定。
而镍离子的半径要小过锂离子，所以镍酸锂能量密度会更大，而又由于其太密实了，就容易出现阳离子混排的现象。
所以三元锂电池镍成分不可以太高。
这时就需要添加钴来增加电池的稳定性，但是钴却是比较贵的金属，全球的储备量有限。为了降低成本，就用锰和铝元素来作为支撑材料，同时也就只能降低钴含量。
但是没有钴的话稳定性会比较差。
在2020年又出现了宁德时代的无钴电池，要说明的是这并不是真正的"无钴电池"。它其实就是采用CTP技术设计的磷酸铁锂电池。
CTP技术就是把电芯放入设计好的电池包内，然后按照最佳的排列组合方式，组装成高效的锂电池。
这样优化的结果是，体积利用率可以提高15%-20%，能量密度可以提升10%-15%。零部件数量可以减少40%，生产效率可以提升50%，投入应用后会大幅降低动力电池的制造成本。
作为宁德时代的竞争对手比亚迪公司在2020年3月发布了一款刀片电池。
它的本质还是磷酸铁锂电池，只不过是电池结构设计上有所创新。它其实就是直接把电芯宽度无限拉长，厚度做薄，做成90厘米甚至快1米的超长电芯，也就是又扁又长，像刀片一样。
这样改造的结果就是体积能量密度提升明显，较原有电池系统可提升30%以上。并且节省物料、人工费用等，成本有望降低30%，并且刀片电池更薄，因而散热效果更好。
不管是宁德时代的CTP技术，还是比亚迪的刀片电池，最终都提高了磷酸铁锂电池的能量密度，目的是让其能达到三元锂电池的水平。
同时改造后的磷酸铁锂的电池，都能达到400公里以上的续航里程需求。而整个电池生产的其他材料无需改变，并且生产线变动也不大，也就是很快能量产。
简单来说，这两种技术都是通过提升生产效率来降低电池的成本。
如今新能源 汽车 和充电装置已经被列入了国家的“新基建”计划，毫无疑问，它将会迎来一个巨大、更加富有挑战性的市场。
汽车 产业一直都是世界上最大的产业之一，面对新能源革命。
新能源 汽车 大概率将会在未来成为事关国计民生的重要支柱产业，而动力电池恰恰就是新能源 汽车 的生命源泉所在。
在三元锂电池领域宁德时代已经是老大了。
随着CTP技术的无钴电池的出现，宁德时代将磷酸铁锂电池的成本降低到了600元以内，而三元锂的成本还维持在1000元左右。
正是由于宁德时代磷酸铁锂电池成本的大幅降低，也吸引了迫切想要提升销量的特斯拉，两者一拍即合。为新车装上了磷酸铁锂电池，这样一来，特斯拉的新车的价格有望进一步下降。
最终受益的还是咱们老百姓。
逆袭三元锂电？特斯拉也拯救不了磷酸铁锂
说起汽车动力电池，如今很多人首先想到的会是三元锂电池而非磷酸铁锂电池，数据显示，2019年三元锂电池的市场占率高达61.7%，而磷酸铁锂电池的市占率远低于三元锂电池，为32%。
不过近来，特斯拉向宁德时代采购磷酸铁锂电池的消息，将磷酸铁锂电池再次推向台前，有消息称宁德时代给特斯拉的供货量将不低于上海超级工厂产能的40%。
此外，比亚迪在2020年最为重磅的新车，比亚迪汉也将采用磷酸铁锂电池。工信部申报信息也显示，包括北汽EU5、荣威Ei5在内的多款新车也会转投磷酸铁锂的怀抱。
在2017-2018年短短两年间，在动力电池领域三元锂电池实现了对于磷酸铁锂电池的反超，那么两年之后，磷酸铁锂电池就要开始逆袭了吗？
磷酸铁锂难逆袭
对于磷酸铁锂电池来说，被特斯拉选中无疑是一个重大的利好消息。而比亚迪汉NEDC长达600km的续航，也向外界宣告，磷酸铁锂电池也能做到长续航。但如果细究磷酸铁锂“复火”的原因，我们依旧可以发现磷酸铁锂想要逆袭并不简单。
相比于当下较为主流的三元锂电池，磷酸铁锂电池中磷酸铁锂晶体的P-O键稳固，难以分解，即便在高温或过充时也不会像钴酸锂一样结构崩塌发热或是形成强氧化性物质，磷酸铁锂分解温度约在600℃，因此拥有良好的安全性。
但磷酸铁锂电池振实密度与压实密度很低，导致锂离子电池的能量密度较低。在当下这种“续航为王”的大环境下，体积比、能量密度较低的磷酸铁锂电池自然会逐渐被三元锂电池所取代。
那么，当下特斯拉和比亚迪的新闻是否证明了磷酸铁锂电池有了重大的技术突破呢？业界普遍认为，特斯拉选择磷酸铁锂电池的最大原因在成本，毕竟无论是LG化学提供的镍钴铝三元锂电池，还是宁德时代的811镍钴锰三元锂电池，都没法和特斯拉从松下（美国）拿到的优惠电池价格相比。
而比亚迪汉之所以能够实现600km的续航，很大一部分原因并非来自于磷酸铁锂电池技术上的突破性发展，更多是一种制造工艺上的进步。在比亚迪汉上，比亚迪采用了刀片电池技术，这一技术思路上和宁德时代的CTP (cell-to-pack)相当接近。
当下，大部分动力电池采用的单体电芯—模组—电池包的成组方式，通过多层级的成组方式保障电池安全，但会牺牲电池包的空间利率和能量密度。而比亚迪的刀片式或者宁德时代的CTP则做大电芯，将电芯直接放置于电池包内，减少了模组这一“中间商赚差价”的环节。
这种使得磷酸铁锂电池在性能上有了一定的进步。采用刀片电池技术的比亚迪汉有着170Wh/kg的电池单体能量密度、140Wh/kg的系统能量密度，基本摸到了早前三元锂电池能量密度的门槛。但和即将量产的单体能量密度300Wh/kg以上、系统能量密度240Wh/kg以上的高镍811三元电池相比，仍有着较大的差距。
但随着汽车市场的低迷和新能源补贴政策的退坡，成本更低、性能凑合的磷酸铁锂电池，仍将会有部分车企在入门级车型上的选择，真锂研究创始人墨柯曾算过一笔账，目前车企的磷酸铁锂电池系统采购成本大约0.8元/Wh，而NCM523三元锂电池要1元/Wh。一个总电量30kWh的电池包，如果使用磷酸铁锂能便宜6000元。
在氢能源尚未普及，动力电池技术没有突破性进展前，磷酸铁锂电池将会有很长一段时间和三元锂电池共存，但能量密度较低的特点仍旧使得磷酸铁锂电池难以实现逆袭。
中国移动让磷酸铁锂有了新战场
在动力电池领域，磷酸铁锂电池很大概率上依旧会被三元锂电池所压制。但《圣经》中写道，上帝给你关了一扇门,必然会为你开启一扇窗，在5G领域磷酸铁锂电池有望大展拳脚。
随着5G新基建的启动，中国移动等运营商发布了对磷酸铁锂电池的招标。
中国移动发布招标公告，将采购6.102亿Ah磷酸铁锂电池（约合1.95GWh），最高投标限价不含税金额约为25.08亿元。中国铁塔3月11日也宣布将大规模采购磷酸铁锂电池，采购规模约为2GWh。
过去，5G常常和V2X（车联万物）以及自动驾驶联系在一起，如今却又怎么和磷酸铁锂电池联系上了？
高工产研锂电研究所(GGII)分析认为，2020年国内将大力发展5G和基建工程项目，双向驱动作用下，5G基站将是2020年大力推动的必然趋势。保守预计，2020年新建及改造的5G基站需求量将达到10GWh。
5G的频谱要远高于4G,目前三大运营商的4G基站主要集中1.8GHZ附近，按照5G频谱规划最可能会将3.4-3.6MHz的总共200MHz 带宽平分给中国联通和中国电信，4.8-4.9GHz可能分配给中国移动。
按照衰减的公式，频率越大衰减越大，预计联通和电信的5G基站密度将是4G的3倍以上，移动的基站密度将是4G的6倍，即便是5G对天线和射频有了革命性的优化，预计也是联通和电信的基站密度是4G的2倍，移动的要略大于3倍。
在城市中心区和郊区，基站有大量的重叠覆盖区域的，去掉这部分重叠区域，5G覆盖城市中心区域大概需要200-300米一个5G基站，郊区大概500米-1公里左右1个5G基站，农村需要1.5-2.5公里一个5G基站。
这也就意味着在5G时代，5G新基站的建设会是各大供应商的重中之重。在数量提升的同时，5G基站的能耗将大幅上升，需要能量密度更高的储能设备。当下，基站大多采用了铅酸电池，能量密度较低、充放电循环次数较少。
根据测算，循环7000次需要更换铅酸电池约6次，而磷酸铁锂并不需要更换，即便成本磷酸铁锂电池是铅酸电池的2倍，但在7000次循环寿命下，磷酸铁锂电池仅为铅酸电池的三分之一。
在5G基站大幅增加的情况下（有数据显示5G基站将达到790万-850万个之间），磷酸铁锂电池更好的维护性将减少运营商的工作量。从成本角度，锂电池更好的循环特性，能够更好地利用“削峰填谷”，提升供电能力，匹配多业务发展需求。
2019年11月，国轩高科便宣布年产能7GWh的5G新能源产业基地项目落户唐山，未来主要生产5G通信电源用磷酸铁锂电池。在宁德时代发布的200亿定增及投资方案中175亿投向与储能相关，巨头通过扩大产能以及技术优势，实现成本降低。
从当前的技术发展来看，磷酸铁锂电池很难称得上新能源汽车发展的终极方案，但随着5G的建设，磷酸铁锂电池完全有可能开辟自己全新的战场。
本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。
