既要安全，又要續航，何時才能找到完美的新能源汽車電池？

如何挑選新能源汽車電池？成本、壽命、安全性、耐用性全都要。

如何你打算購買一輛新能源汽車，你會問什么？

“續航多久？”

“冬天耐不耐用？充電快不快？”

但關注的重點最后都落向了安全性：“這車的電池會自燃嗎？”

新能源汽車廠商的較量

新能源汽車，考慮續航與安全性問題，都得歸結到電池上。

現今，主流的電動汽車，包括特斯拉、廣汽傳祺、蔚來等采用的都是三元鋰電池，而這款電池最大的缺點便是穩定性差，如果內部短路或是正極材料遇水，都會有明火產生。

為了解決這個隱患，今年年初特斯拉宣布國產Model3采用寧德時代提供的無鈷電池（磷酸鐵鋰電池）。不久，國內新能源汽車代表——比亞迪也推出了自家的刀片電池（磷酸鐵鋰電池）。這兩款電池本質都是磷酸鐵鋰電池。

就在本月12號，搭載自產刀片電池的比亞迪漢正式上市，其用意自然對標特斯拉Model 3。

然而，磷酸鐵鋰電池也不是完美的。

磷酸鐵鋰VS三元鋰

· 磷酸鐵鋰電池

磷酸鐵鋰電池因為成本低、安全性高且壽命長，所以在2016年之前的新能源汽車市場，大多數車型都采用磷酸鐵鋰電池。

圖 | 磷酸鐵鋰晶體結構

磷酸鐵鋰的晶體結構由原子直徑較大的鐵，磷，氧組成，鋰離子則游離在其中，當鋰離子脫離時，晶體結構幾乎不發生重排。其次由于P-O共價鍵的鍵能很大，所以穩定性很強，共價鍵另一端的氧原子也很難被氧化釋放，高溫或者過充都不會使其結構崩塌。

這種結構穩定性讓磷酸鐵鋰有很好的耐高溫性，電熱峰值可達500℃左右，由于沒有氧分子分離的風險，受到外力發生自燃的概率也低很多。所以磷酸鐵鋰電池不僅壽命長，而且安全系數十分高。

但磷酸鐵鋰電池也有它的缺點，由于其特殊的晶體結構，鋰離子擴散速度慢，導致其導電率低，充放電效率也很低，這種現象在低溫環境下更為明顯。其次磷酸鐵鋰顆粒本身不密實，所以能量密度遠不如三元鋰電池，在續航上的表現讓令消費者很難滿意。

此前業內普遍認為磷酸鐵鋰電池的能量密度已經到了理論值的天花板，但即便是已經到了所謂的理論極限，磷酸鐵鋰電池依舊難堪大任，于是整個行業都對磷酸鐵鋰失去了信心。像比亞迪和寧德時代這種磷酸鐵鋰電池生產大戶，都逐步轉向生產三元鋰材料電池。

· 三元材料電池

隨著技術的發展和消費者對續航的硬性需求，低溫性能更優、能量密度更高的三元鋰電池開始占領了市場。在2016-2019年的這個窗口期，采用三元鋰電池的汽車更有競爭力。而到了2019年，幾乎所有車型都采用三元鋰電池。

作為新能源汽車領域的巨頭，特斯拉采用的是松下的鎳鈷鋁酸鋰三元鋰電池，也就是所謂的NCA，其中Model S和Model X上采用的是松下18650電池組，而最新的Model3則采用了更大容量的21700圓柱體電池組。

三元正極材料一般是以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料，每個元素由于自身特點制約著電池性能，所以里面鎳鈷錳的比例可以根據實際需要調整。

圖 | 三元材料晶體結構

鎳可以提高材料的可逆容量，但是如果鎳含量太高，材料的循環性能就會變差。鈷能夠使加速鋰離子的脫嵌，提高導電能力，但是鈷含量過高會導致成本較高，性價比低。錳可以提高材料安全性和穩定性，含量過高則會降低材料克容量。

由于三元材料結構十分緊湊，所以單體電芯能量密度高，同等電池的體積下，可以比磷酸鐵鋰電池有更大的容量。根據寧德時代的計劃，三元材料電池將在2020年實現單體能量密度300Wh/kg，這幾乎是磷酸鐵鋰電池容量的一倍。

此外，三元材料電池在冬季低溫條件下的衰減程度也更低，大部分三元鋰電池低溫衰減率約為15%，而磷酸鋰電池的低溫衰減率甚至可以高達到50%。

但三元材料的缺點十分明顯。在安全方面遠遠不及磷酸鐵鋰電池，由于其元素本身不耐高溫，對氧的束縛低，極端情況下氧分子很容易被釋放出來。所以一旦發生碰撞擠壓或是高溫影響，就容易出現電池自燃現象。

刀片電池，目前的最優解

三元鋰電池的普及，一定程度是因為當時國家政策的指導性。

2017年3月1日，中央四部委印發了《促進汽車動力電池產業發展行動方案》通知，明確指出了“將提高電池比能量作為今后的重點發展目標之一”。

于是續航能力強且潛力無限的三元鋰電池很快取代了磷酸鐵鋰電池，強大的續航能力也為新能源汽車的推廣和普及做了很大的努力。

但當續航解決之后，安全性較差的問題凸顯了。從2018年開始，國內新能源汽車因為電池事故和故障燒車的事故頻發，似乎大家已經見怪不怪了。

從上圖來看，絕大多數電池自燃都與三元鋰電池有關。因為，磷酸鐵鋰電池再次被各大車廠關注。

其實刀片電池只是比亞迪的說法，在寧德時代那里叫CTP（cell to pack）技術，兩者在思路上其實并沒有不同，不過比亞迪明顯做得更好。

傳統動力電池的發展思路，是把電芯（Cell）組裝成為模組（Module），再將模組安裝在電池包（Pack）里，形成“電芯-模組-電池包”的三級裝配模式，但模組自身也有體積和重量；

圖 | 刀片電池結構

通俗來講CTP技術就是繞開模組，直接用電芯組成電池包，省出來的體積和重量，可以用來大幅增加電量、提高續航。

在比亞迪的設計方案里，電芯被設計成長條狀的方形鋁殼；再將電芯通過堆棧式擺放，像“刀片”一樣插入到電池包，從而使得電池空間利用率達到60%。

刀片電池本身作為磷酸鐵鋰電池，其能量密度并沒有實質性的進步。但刀片電池單個電芯的長度可以達到2.1米，是傳統磷酸鐵鋰電池的十倍以上，也其實是從另一個角度解決了磷酸鐵鋰電池能量密度的問題。

值得一提的是，CTP技術不僅可以用在磷酸鐵鋰電池上，在寧德時代的設想里，該技術也能用在三元鋰電池上。

所以CTP技術只是一個新的解題思路，但并不一定是最終的“正確答案”，畢竟三元鋰電池的潛力遠比磷酸鐵鋰電池大。

誰才是新能源汽車的未來

三元鋰和磷酸鐵鋰，這兩種電芯作為互補的存在，各自都有優缺點。

誰是新能源汽車的未來？暫時沒有，可能也不會有結果——畢竟魚與熊掌不可兼得。而我們能做的，只是通過新技術，彌補兩者的缺點。

由于國家政策的扶持，中國的新能源汽車行業以極其夸張的速度進行擴張，如今國內新能源汽車在續航上逐漸開始追趕上特斯拉，

但保證續航的前提是保證安全性，在技術層面無法趕上特斯拉之前，安全性無疑是國內消費者選擇國產汽車最重要的原因之一。

所以刀片電池的發明，在業內引起了極大的震動，業內很多企業重新開始重視磷酸鐵鋰的研發。

三十年河東三十年河西。在2018年磷酸鐵鋰被行業無情拋棄之后，2020年的三元鋰電池又因為安全原因被行業看衰，無非還是因為三元鋰的安全性提升無望、成本難以降低。

所以從目前來看，磷酸鐵鋰電池又要回歸主流并且持續很多年，直到被下一個技術所淘汰。

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