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中國儲能網(wǎng)訊：動力電池一直被視為電動汽車發(fā)展最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，目前鋰電池的正極材料主要有鈷酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰和錳酸鋰等。第一電動網(wǎng)盤點(diǎn)的八大企業(yè)13款在售車型中，有6款車型采用三元鋰電池，并且集中在2014年及以后推出的車型中。磷酸鐵鋰電池仍占半數(shù)，另外還有磷酸鐵錳鋰、錳酸鋰等電池應(yīng)用。

比亞迪：磷酸鐵鋰、磷酸鐵錳鋰

進(jìn)入汽車制造領(lǐng)域之前，比亞迪就致力于電池產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)，這為比亞迪新能源汽車的發(fā)展提供了得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。比亞迪e6、秦、電動客車、專用車等全系產(chǎn)品的電池均為自家生產(chǎn)。

比亞迪電池

比亞迪e6是目前國產(chǎn)電動汽車中續(xù)航里程最長的車型，搭載63kWh磷酸鐵鋰電池，續(xù)航里程300km。目前比亞迪磷酸鐵鋰電池芯的能量密度約為130Wh/kg，不及三元材料的密度，因此比亞迪在車上裝載了大量電池，來提高續(xù)航里程。磷酸鐵鋰的優(yōu)勢在于穩(wěn)定性和耐久性，e6在出租車運(yùn)行中的實(shí)際表現(xiàn)足可以證明：從2010年開始先后在深圳投入運(yùn)營的850臺e6電動出租車?yán)塾?jì)總行駛里程近3億公里，單車最高行駛里程超67萬公里。

磷酸鐵鋰是比亞迪新能源車型采取的主要電池路線，此外比亞迪也在研究磷酸鐵鋰路線下的改進(jìn)型——磷酸鐵錳鋰。最新公布的第四批新能源車型免購置稅目錄顯示，新款比亞迪e6將搭載全新的磷酸鐵錳鋰電池，續(xù)航里程提升至400km。盡管電池容量增加了19kWh，但整體電池質(zhì)量反而減重50kg。通過采用磷酸鐵錳鋰電池替代磷酸鐵電池，電池能量密度提升，以“增量不增重”的方式獲得續(xù)航里程的大幅提升。

戴姆勒也看中了比亞迪的電池技術(shù)，雙方合作打造的騰勢電動汽車采用比亞迪磷酸鐵鋰電池，新車上市不到一年，但電池續(xù)航、穩(wěn)定性等方面可以參見e6的表現(xiàn)。騰勢搭載47.5kWh電池，綜合續(xù)航里程超過250km。如果比亞迪將磷酸鐵錳鋰調(diào)整為主要的電池方向，未來也有可能在騰勢車型上搭載應(yīng)用，進(jìn)一步提高續(xù)航里程。

上汽：磷酸鐵鋰、氫燃料電池

上汽榮威E50純電動汽車采用磷酸鐵鋰電池，由上海捷新動力電池系統(tǒng)有限公司提供，這家公司由上海和A123合資成立，E50搭載18kWh電池，綜合續(xù)航里程為120km，與市場上多數(shù)電動汽車相比，續(xù)航里程顯然不占優(yōu)勢。從2012年推出至今，上汽遲遲沒有對這款精品小車進(jìn)行升級，再加上較高的售價(jià)，E50去年銷量僅有400余輛。

相較純電動汽車的“止步”，上汽似乎更專注于燃料電池車的發(fā)展。榮威950插電式燃料電池車是上汽研發(fā)的第四代燃料電池車。上汽采取是插電式燃料電池技術(shù)路徑，除燃料電池堆還配合了一個(gè)電驅(qū)動發(fā)動機(jī)。該車?yán)m(xù)航里程可達(dá)400km，加氫只需3-5分鐘，可在零下-20℃溫度環(huán)境下啟動，還擁有外置電源發(fā)電功能，通過插電轉(zhuǎn)換器，即可實(shí)現(xiàn)對其他電器包括電動轎車的充電功能。

上汽榮威950插電式燃料電池車

北汽新能源：磷酸鐵鋰、三元鋰

北汽新能源首款電動汽車E150EV采用的是磷酸鐵鋰電池，中間對電池進(jìn)行過升級，從21kWh提升到25.6kWh，綜合續(xù)航里程達(dá)160km。去年年底，北汽新能源發(fā)布了新一代電動車型EV200和ES210，開始采用三元鋰電池。

EV200車型搭載30.4kW三元鋰電池，綜合工況續(xù)航里程達(dá)200km；ES210搭載38kWh鋰電池，綜合續(xù)航里程超過175km。北汽新能源所采用的三元電池由北京電控愛思開科技有限公司提供(北汽與SK合作成立)，官方宣布電池滿充滿放超過3000次后容量衰減率小于20%。

雖然三元電池發(fā)展勢頭很猛，但北汽新能源并沒有放棄磷酸鐵鋰電池路線，今年新推出的EV160相當(dāng)于EV200的另一電池版本，除了電池類型不同外，外觀及配置保持一致。EV160搭載25.6kWh磷酸鐵鋰電池，綜合續(xù)航里程為160km。電池由ATL普萊德提供，這是北汽更早時(shí)期與ATL合作成立的電池公司。根據(jù)北汽新能源今年1-4月的產(chǎn)量情況來看，EV系列的磷酸鐵鋰車型和三元鋰車型份額占比接近1:1，消費(fèi)者很快接受了三元鋰車型。

江淮：磷酸鐵鋰、三元鋰

江淮iEV4以及前三代電動汽車均采用磷酸鐵鋰電池(共推廣8000余輛)，由國軒高科供應(yīng)。iEV4搭載19.2kWh電池，續(xù)航里程為160km。

在新一代電動汽車iEV5上，江淮開始采用鎳鈷鋁三元電池，由天津力神供應(yīng)。裝載23kWh電池的iEV5續(xù)航里程可達(dá)200km。無論是續(xù)航里程、車速、配置等方面，iEV5都遠(yuǎn)超前四代車型，而且補(bǔ)貼后售價(jià)控制在9萬元以內(nèi)，性價(jià)比較高。利用三元材料可以在“里程”和“成本”之間找到好的平衡點(diǎn)。iEV5上市一個(gè)月左右的時(shí)間，銷量就已突破500輛。

江淮iEV5

啟辰晨風(fēng)：錳酸鋰

啟辰晨風(fēng)是基于日產(chǎn)聆風(fēng)打造的中國本土化電動汽車，借助了日產(chǎn)成熟的鋰電池技術(shù)。晨風(fēng)電動汽車采用錳酸鐵電池，由192塊電池單體構(gòu)成的電池包，總重量不到200kg。該車綜合續(xù)航里程為175km。

與磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、三元材料電池相比，錳酸鋰電池有優(yōu)勢也有劣勢。錳酸鋰的能量密度、熱穩(wěn)定性和成本都居中，相對來說熱穩(wěn)定性較差一些。啟辰晨風(fēng)采用自然風(fēng)冷，以及非凝固裝的電解液，通過電解液改變電子移動速度，防止電池溫度過高。

吉利(知豆)：三元鋰、磷酸鐵鋰

吉利與新大洋合作生產(chǎn)的知豆電動車有三元鋰和磷酸鐵鋰電池兩種版本，知豆D1、D2的三元鋰版均搭載15kWh電池，續(xù)航里程達(dá)150km。知豆D1磷酸鐵鋰版搭載12kWh電池，續(xù)航里程超過80km。

知豆D2電動汽車

奇瑞：三元鋰

奇瑞目前熱銷的高速鋰電車型已投入三元鋰的“懷抱”，eQ車型搭載22.3kWh電池，綜合續(xù)航里程達(dá)170km，電池由浙江萬向億能動力公司提供。奇瑞2010年曾推出一款瑞麒M1EV電動車，搭載磷酸鐵鋰電池，但現(xiàn)在已基本停產(chǎn)。

眾泰：三元鋰

眾泰云100裝載17.76kWh三元鋰電池，續(xù)航里程達(dá)150km。與奇瑞相似，眾泰的老款電動汽車5008EV、M300EV基本停產(chǎn)，未來將推出的全新電動車芝麻E30、E200A和E200B均有可能轉(zhuǎn)向三元鋰電池。

動力電池技術(shù)還在不斷發(fā)展和進(jìn)步之中，前幾年磷酸鐵鋰電池因?yàn)閴勖L、安全性好的特點(diǎn)而受到熱捧，但隨著三元鋰電池安全問題逐漸改善解決，能量密度高的優(yōu)勢得以發(fā)揮，越來越多的企業(yè)和車型采用三元鋰電池。未來如果石墨烯電池、鋁空氣電池投入使用，動力電池以及電動汽車整車領(lǐng)域都將面臨變革。

四大電池類型解析

一顆合格鋰電池的基本組成包括外殼、正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液等。其中，正極材料對于鋰電池的能量密度、安全性、循環(huán)壽命等起著決定性作用，占鋰電池成本的40%，其技術(shù)發(fā)展也變得尤為關(guān)鍵。

目前，主流的正極材料包括鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰以及鎳鈷錳酸鋰三元材料等。就能量密度、成本、安全性、熱穩(wěn)定性和循環(huán)壽命來看，上述主流正極材料的表現(xiàn)各有千秋，這也導(dǎo)致動力鋰電池正極材料技術(shù)路線出現(xiàn)分化。

三元材料

三元聚合物鋰電池是指正極材料使用鋰鎳鈷錳三元正極材料的鋰電池，鋰離子電池的正極材料有很多種，主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。三元材料綜合了鈷酸鋰、鎳酸鋰和錳酸鋰三類材料的優(yōu)點(diǎn)，具有容量高、成本低、安全性好等優(yōu)異特性，其在小型鋰電中逐步占據(jù)一定的市場份額，并在動力鋰電領(lǐng)域具有良好的發(fā)展前景。

對鋰電池而言，鈷金屬是必不可少的材料。但是金屬鈷一方面價(jià)格高昂，一方面存在毒性，無論技術(shù)領(lǐng)先的日韓企業(yè)還是國產(chǎn)電池廠商近年來都致力于電池“少鈷化”。在這種趨勢下，以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料制備而成的鎳鈷錳酸鋰三元材料漸漸受到推崇。從化學(xué)性質(zhì)角度出發(fā)，三元材料屬于過度金屬氧化物，電池的能量密度較高。

盡管在三元材料中，鈷的作用仍不可缺少，但質(zhì)量分?jǐn)?shù)通?？刂圃?0%左右，成本顯著下降。而且同時(shí)兼具鈷酸鋰和鎳酸鋰的優(yōu)點(diǎn)。隨著近年來國內(nèi)外廠商不斷加碼生產(chǎn)，以三元材料為正極材料的鋰電池取代商用鈷酸鋰的趨勢已十分明顯。

大到電動汽車，小到智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備或者充電寶，這種新型技術(shù)都完全適用。特斯拉最早將三元電池應(yīng)用在電動汽車上，Model S續(xù)航里程能夠達(dá)到486公里，電池容量達(dá)到85kWh，采用了8142個(gè)3.4AH的松下18650型電池。工程師將這些電池以磚、片的形式逐一平均分配最終組成一整個(gè)電池包，電池包位于車身底板。

從全球范圍來看，各方對三元材料的研發(fā)生產(chǎn)都在不斷推進(jìn)。在這個(gè)過程中，材料性能大幅提升，應(yīng)用領(lǐng)域也一再拓展。日、韓企業(yè)是三元材料電池研發(fā)的佼佼者。國內(nèi)三元材料生產(chǎn)從2005年左右起步，目前也已出現(xiàn)了十多家規(guī)模企業(yè)。

磷酸鐵鋰

磷酸鐵鋰作為鋰動力電池材料是近幾年才出現(xiàn)的事，國內(nèi)開發(fā)出大容量磷酸鐵鋰電池是2005 年。其安全性能與循環(huán)壽命是其它材料所無法相比的，這些也正是動力電池最重要的技術(shù)指標(biāo)。1C 充放循環(huán)壽命達(dá)2000 次。單節(jié)電池過充電壓30V 不燃燒，穿刺不爆炸。磷酸鐵鋰正極材料做出大容量鋰離子電池更易串聯(lián)使用，以滿足電動車頻繁充放電的需要。

磷酸鐵鋰具有無毒、無污染、安全性能好、原材料來源廣泛、價(jià)格便宜，壽命長等優(yōu)點(diǎn)，是新一代鋰離子電池的理想正極材料。磷酸鐵鋰電池也有其缺點(diǎn)，例如磷酸鐵鋰正極材料的振實(shí)密度較小，等容量的磷酸鐵鋰電池的體積要大于鈷酸鋰等鋰離子電池，因此在微型電池方面不具有優(yōu)勢。

由于磷酸鐵鋰材料的固有特點(diǎn)，決定其低溫性能劣于錳酸鋰等其他正極材料。一般情況下，對于單只電芯(注意是單只而非電池組，對于電池組而言，實(shí)測的低溫性能可能會略高，這與散熱條件有關(guān))而言，其0℃ 時(shí)的容量保持率約60～70%，-10℃時(shí)為40～55%，-20℃時(shí)為20～40%。這樣的低溫性能顯然不能滿足動力電源的使用要求。當(dāng)前一些廠家通過改進(jìn)電解液體系、改進(jìn)正極配方、改進(jìn)材料性能和改善電芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等使磷酸鐵鋰的低溫性能有所提升。

電池存在一致性問題。單體磷酸鐵鋰電池壽命目前超過2000 次，但電池組的壽命會大打折扣，有可能是500 次。因?yàn)殡姵亟M是由大量單體電池串并而成，其工作狀態(tài)好比一群人用繩子綁在一起跑步，即使每個(gè)人都是短跑健將， 如果大家的動作一致性不高，隊(duì)伍就跑不快，整體速度甚至比跑得最慢的單個(gè)選手的速度還要慢。電池組同理，只有在電池性能高度一致時(shí)，壽命發(fā)揮才能接近單體電池的水平。

氫燃料電池

燃料電池對環(huán)境無污染。它是通過電化學(xué)反應(yīng)，而不是采用燃燒(汽、柴油)或儲能(蓄電池)方式--最典型的傳統(tǒng)后備電源方案。燃燒會釋放象COx、NOx、SOx氣體和粉塵等污染物。如上所述，燃料電池只會產(chǎn)生水和熱。如果氫是通過可再生能源產(chǎn)生的(光伏電池板、風(fēng)能發(fā)電等)，整個(gè)循環(huán)就是徹底的不產(chǎn)生有害物質(zhì)排放的過程。

燃料電池的發(fā)電效率可以達(dá)到50%以上，這是由燃料電池的轉(zhuǎn)換性質(zhì)決定的，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，不需要經(jīng)過熱能和機(jī)械能(發(fā)電機(jī))的中間變換。

氫燃料電池車的工作原理是:將氫氣送到燃料電池的陽極板(負(fù)極)，經(jīng)過催化劑(鉑)的作用，氫原子中的一個(gè)電子被分離出來，失去電子的氫離子(質(zhì)子)穿過質(zhì)子交換膜，到達(dá)燃料電池陰極板(正極)，而電子是不能通過質(zhì)子交換膜的，這個(gè)電子，只能經(jīng)外部電路，到達(dá)燃料電池陰極板，從而在外電路中產(chǎn)生電流。電子到達(dá)陰極板后，與氧原子和氫離子重新結(jié)合為水。由于供應(yīng)給陰極板的氧，可以從空氣中獲得，因此只要不斷地給陽極板供應(yīng)氫，給陰極板供應(yīng)空氣，并及時(shí)把水(蒸氣)帶走，就可以不斷地提供電能。燃料電池發(fā)出的電，經(jīng)逆變器、控制器等裝置，給電動機(jī)供電，再經(jīng)傳動系統(tǒng)、驅(qū)動橋等帶動車輪轉(zhuǎn)動，就可使車輛在路上行駛。與傳統(tǒng)汽車相比，燃料電池車能量轉(zhuǎn)化效率高達(dá)60~80%，為內(nèi)燃機(jī)的2~3倍。燃料電池的燃料是氫和氧，生成物是清潔的水，它本身工作不產(chǎn)生一氧化碳和二氧化碳，也沒有硫和微粒排出。因此，氫燃料電池汽車是真正意義上的零排放、零污染的車。

氫燃料電池車的優(yōu)勢毋庸置疑，劣勢也是顯而易見。隨著科技的進(jìn)步，曾經(jīng)困擾氫燃料電池發(fā)展的諸如安全性、氫燃料的貯存技術(shù)等問題已經(jīng)逐步攻克并不斷完善，然而成本問題依然是阻礙氫燃料電池車發(fā)展的最大瓶頸。氫燃料電池的成本是普通汽油機(jī)的100倍，這個(gè)價(jià)格是市場所難以承受的。

錳酸鋰

錳酸鋰是較有前景的鋰離子正極材料之一，相比鈷酸鋰等傳統(tǒng)正極材料，錳酸鋰具有資源豐富、成本低、無污染、安全性好、倍率性能好等優(yōu)點(diǎn)，是理想的動力電池正極材料，但其較差的循環(huán)性能及電化學(xué)穩(wěn)定性卻大大限制了其產(chǎn)業(yè)化。錳酸鋰主要包括尖晶石型錳酸鋰和層狀結(jié)構(gòu)錳酸鋰，其中尖晶石型錳酸鋰結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，如今市場產(chǎn)品均為此種結(jié)構(gòu)。尖晶石型錳酸鋰屬于立方晶系，F(xiàn)d3m空間群，理論比容量為148mAh/g，由于具有三維隧道結(jié)構(gòu)，鋰離子可以可逆地從尖晶石晶格中脫嵌，不會引起結(jié)構(gòu)的塌陷，因而具有優(yōu)異的倍率性能和穩(wěn)定性。

如今，傳統(tǒng)認(rèn)為錳酸鋰能量密度低、循環(huán)性能差的缺點(diǎn)已經(jīng)有了很大改觀(萬力新能典型值:123mAh/g，400次，高循環(huán)型典型值107mAh/g ，2000次)。表面修飾和摻雜能有效改性其電化學(xué)性能，表面修飾可有效地抑制錳的溶解和電解液分解。摻雜可有效抑制充放電過程中的Jahn-Teller效應(yīng)。將表面修飾與摻雜結(jié)合無疑能進(jìn)一步提高材料的電化學(xué)性能，相信會成為今后對尖晶石型錳酸鋰進(jìn)行改性研究的方向之一。