西双版纳铀侗机械设备有限公司

　　去年這個時候，曾寫了一系列文章，用以討論動力電池技術路線的選擇，其中詳盡對比了鋰電池、燃料電池、超級電容的優劣。

　　最終結果是鋰電池輕松勝出。

　　那些認為日本的燃料電池代表未來的人，其實思維還停留在燃油車的時代，只不過是把加油站替換成了加氫站。

　　至于超級電容，在特定領域有著不可替代的優勢——例如軌道交通能量回收、塔吊能量回收、汽車動能回收裝置；而在動力汽車領域，由于能量密度和成本的問題，無法成為未來可行的技術路線。

　　故而毫無疑問，在即將到來的電動車革命中，鋰電池將是真正的主角，是未來十年甚至二十年的不可動搖的路線。

　　而且，一旦鋰動力電池經過十多年的發展，全產業鏈上下形成穩定、完整、成熟的配套后（產業配套是巨大護城河，整個產業鏈成熟起來，投資可能需要數萬億，這是任何其他新的技術路線難以逾越的障礙），鋰動力電池的技術路線就更加難以動搖。

　　所以，鋰電池是這場擂臺賽中毫無疑問的冠軍。

　　但是鋰電池技術路線內部還有多種技術路線，大致有鈷酸鋰、鈦酸鋰、錳酸鋰、鐵酸鋰、三元電池等等，朋友們或許更關注這些技術路線哪一種更具有優勢。

　　為了厘清這一問題，筆者將在本文中進行一系列的深入探討，不足之處各位朋友文后留言不吝指正。

　　初選

　　先說鈷酸鋰：循環性能太差，且大量使用了極其稀有的金屬鈷，缺點太過明顯，其宿命唯有淘汰。

　　再說鈦酸鋰：高充電倍率，壽命長；但也有一個鮮明的缺點——能量密度太低，導致成本過高。

　　其特性類似于超級電容，這個致命缺點也阻礙其成為動力電池主流路線，故而也無法在初選中脫穎而出。

　　第三說下錳酸鋰：成本低，充電倍率高；但是高溫性能差、循環性不佳。

　　故而很少直接選用錳酸鋰作為動力電池，而是同時添加其他材料形成改性電池，例如鎳、鈷成為鎳鈷錳電池，從而實現各項性能的均衡。

　　但是經過這些改進之后，已經不再是簡單的錳酸鋰電池了，而是成為了三元電池類型中的一種。

　　這樣的論述結果表明：錳酸鋰也要被淘汰。

　　在鋰電池眾多的技術路線中，磷酸鐵鋰vs三元電池兩種技術路線的對決最為膠著。

　　磷酸鐵鋰安全性高，壽命長，但是能量密度低，低溫性能差，一致性差；

　　三元電池能量密度高，一致性好，低溫性能好，成本較低，但是安全性能差，循環壽命不如鐵鋰電池。

　　當前，磷酸鐵鋰最成熟的產業鏈在中國，我們對相關領域掌握的核心技術也較多；而三元電池則以日韓為代表，且更成熟一些。

　　所以這兩種技術路線的對決更有一種中國vs日韓的意味。

　　過去的一年中，我仍然每天孜孜不倦的思考這個問題，大量閱讀相關領域的文章，閱讀眾多對相關領域技術專家的訪談，思考兩種動力鋰電池技術路線的優劣。

　　終于在今天我自認為有了一個較為清晰的認識，下決心完成這篇拖了一年多的稿子，好了，廢話不多說，決賽打擂正式開始！

　　決賽

　　評價動力電池性能大致有以下7個維度：

　　1、安全性

　　2、能量密度

　　3、循環壽命

　　4、成本

　　5、充電倍率

　　6、電池單體一致性

　　7、低溫性能

　　作為一種合格的技術路線，在以上任何一個方面都不能有太過鮮明的缺點，需要做到各方面的均衡才能是一種具有可行性的路線。

　　1、安全性

　　這個方面磷酸鐵鋰電池有著鮮明的優勢：溫度達到480°以上才會分解，能通過針刺、火燒等嚴酷試驗。

　　以鎳鈷鋁為代表的三元電池，則在180°就會分解并釋放出氣體，并且反應更加劇烈。

　　這一局迅速有了結果，鐵鋰電池勝。

　　2、能量密度

　　磷酸鐵鋰電池由于材料的緣故，放電平臺的電壓更低，只有3.2V；且壓實密度很低，只有2.2~2.5左右，這些都導致了磷酸鐵鋰電池的理論能量密度不高，只有178wh/kg。

　　而磷酸鐵鋰的領先廠商比亞迪目前已經把電芯單體的能量密度做到了147wh/kg，比亞迪電池事業部老總王文峰宣稱要在2018年把磷酸鐵鋰做到160wh/kg。

　　這已經是相當了不起的成就，但已經逼近這一電池路線能量密度的理論上限，未來很難再有大的提升。

　　而反觀鎳鈷鋁（NCA）三元電池（特斯拉采用），當前18650電池能量密度是245wh/kg,未來在model 3上使用的20700電池要把能量密度做到300wh/kg以上。

　　國內很多產商選擇鎳鈷錳（NCM）三元鋰電池技術路線，它的理論能量密度上線是280wh/kg，大疆無人機身上的鋰電池就是使用的這種鋰電池，當前80%的無人機鋰電池由廣東的廠商供應。

　　我看了一下參數，當先規?；a后的鎳鈷錳鋰電池的能量密度可以做到190wh/kg的水平，距離理論密度上限還有較大距離，還有較大提升空間。

　　在不久的未來，理想情況下能量密度可以做到230wh/kg以上，電池組整體的能量密度依然可以做到200wh/kg以上，比磷酸鐵鋰高40%左右。

　　另外磷酸鐵鋰壓實密度較低，這就導致了同等電池容量下，磷酸鐵鋰的體積更大。

　　經對比測算比亞迪e6電池組和特斯拉model s的電池組后得出結論，同等電池容量下，磷酸鐵鋰的體積要比鎳鈷鋁三元電池大48%。

　　把能量密度和安全性這兩個參數放在一起評價我們就可以發現，能量密度和安全性這兩個指標是一對天生的敵人，其實通過最簡單的物理學和化學知識我們就可以知道，能量密度越高，它就越不穩定，越不安全。

　　3、循環壽命

　　在評價這個方面的性能時，我接接觸的信息讓我頭疼。

　　就以磷酸鐵鋰為例，有文章說壽命是2000次，王傳福說他的鐵鋰電池壽命能達到4000次以上，甚至還有文章說全周期壽命能達到2萬次。

　　差距如此之大的數據令我頭暈，需要反復仔細甄別才能有一個正確認知；后來發現以上說法都“不錯”，只不過是他們評價標準不同罷了。

　　說壽命只有2000次的，是按照1C充電倍率反復沖放，電池容量在標定容量80%以下時即認為壽命終止（這是一個極其嚴苛的充放電測試，1C的速率意味著1小時把電池充滿）。

　　王傳?？谥械?000次，則更可能是通常使用條件下，根據大量已經上路的e6運營實測的結果。

　　而最后所謂2萬次則是全使用周期下的結果。

　　因為電池容量低于標定的80%并不意味著這個電池徹底不能用了，畢竟還有80%的容量，此時的電池可以取下來梯次利用，用作儲能電站，在合理電流合理溫度合理使用環境下可以達到2萬次的反復充放電。

　　但無論怎樣，磷酸鐵鋰的使用壽命都明顯長于三元電池。

　　三元電池在1C充放倍率，反復充放800次左右，實際容量就已經低于標定容量的80%了，從這個角度看，鐵鋰電池甚至是三元電池壽命的三倍。

　　但實際使用中也并不是這樣，由于磷酸鐵鋰電池的一致性較難控制，使得鐵鋰電池電池組的整體壽命短一些，并沒有壽命可以達到三元電池3倍那么夸張。

　　但無論如何，循環壽命這一項，鐵鋰勝出。

　　4、成本

　　有些人認為磷酸鐵鋰的正極材料當中不使用稀有金屬，而三元電池則要使用到鈷、鎳等較為貴重的金屬，所以就理所當然的認為磷酸鐵鋰的成本更低一些，這其實是一個認識上的誤區。

　　磷酸鐵鋰的放電電壓3.2V，三元電池的放電電壓平臺在3.8V，更高的放電電壓意味著更高啊的電池容量，這就意味著同等材料消耗情況下，三元電池的容量更大。

　　或者反過來說也一樣：同等容量的電池，三元電池消耗原材料更少。

　　尤其是當鋰電池必不可少的碳酸鋰價格從去年4萬元飆漲到當前的15萬元后，碳酸鋰材料消耗量更大的鐵鋰電池的成本問題就凸現出來，根據國軒高科董事長李縝的數據，當前國軒高科三元電池的成本反倒比鐵鋰電池低10~15%。

　　現在三元電池走向了高鋁高鎳、低鈷的技術路線，對昂貴的稀有金屬消耗量降低。

　　去年全球鈷產量9.8萬噸，其中40%用于鋰電池，消耗量并不算非常大。而且鈷資源依然處于供過于求的狀態，當前20萬/噸的價格處于歷史上的低位。

　　去年鋰電池產業的火爆也沒有帶動鈷資源的飆漲，多種因素導致當前鐵鋰電池的成本要高于三元電池。

　　但我們要以動態的眼光看待二者的成本對比，要認識到，在碳酸鋰價格大漲之前，磷酸鐵鋰的成本是略低于三元電池的。

　　反過來思考，如果明年“鈷”資源供不應求，也出現類似于碳酸鋰一樣的4倍甚至5倍的飆漲，那么三元電池的成本也就水漲船高。

　　總之，兩種技術路線的成本不分伯仲，具體到某一時間點，和上游原材料價格有很大關系。

　　長期來看，我認為碳酸鋰15萬/噸的價格不具有可持續性，因為鋰并不是稀缺資源，國內天齊鋰業、贛鋒鋰業等眾多廠家碳酸鋰每噸生產成本約為2.9萬~3.5萬元之間，而鹽湖股份的子公司藍科鋰業更是宣稱成本只有1.9萬元/噸。

　　當前碳酸鋰行業，可謂是暴利行業，3萬元的成本，15萬元的價格，整整翻了5倍。

　　巨大的利潤誘惑自然便是瘋狂的擴產，全產業鏈上的公司都在成倍的擴充產能，藍科鋰業更是成數十倍的擴充產能，雖然需求也會繼續跟著增長，但產能的擴張更瘋狂。

　　當不久的將來，上游原材料的價格發生變動，碳酸鋰和三元的成本孰高孰低還未可知。

　　這一項，二者平手。

　　5、充電倍率

　　先說結論吧，在充電倍率方面磷酸鐵鋰大幅度的領先。

　　其實前年在闡述電池壽命的時候就已經能得出結論：磷酸鐵鋰電池在高充電倍率下，壽命明顯好于三元電池。

　　美國a123公司（現在為萬向子公司）甚至在實驗室里做出了25C倍率充電的磷酸鐵鋰電池（25C倍率充電意味著60÷25=2.4分鐘把電池充滿）。

　　充放電倍率方面，鐵鋰大幅度勝出。

　　6、電池單體一致性

　　使用鎳鈷鋁三元的特斯拉model s的電池組中有7000節小電池串聯、并聯在一起，如果電池的一致性存在問題，那么后果就是災難性的，因為串聯電池有一個木桶原理，性能最差的那一個電池影響電池組整體性能。

　　但使用磷酸鐵鋰的2014款秦混動車卻出現了讓人焦頭爛額的問題，標定13kwh的電池，使用一年多以后很多車主就在反映只能充進去8kwh的電量，衰減厲害。

　　前面我不是說磷酸鐵鋰壽命更長嗎？怎么會出現這樣的現象，這其實就是電池單體一致性的問題。

　　其實比亞迪2014款"秦"電動車所使用的電池，單個拿出來絕大部分可能沒有什么問題，電池返廠均衡后也能恢復原先的性能，但唯獨電池成組后就出問題了。

　　其實電池一致性問題并不是沒有辦法，辦法主要有兩個，一個是升級工藝，提升工廠自動化水平以及控制精度。

　　另外一個就是做大單體電池容量，2014秦使用的是27AH的電池單體，而比亞迪K9則使用270ah單體容量的電池單體，相比于秦，K9的問題就少很多甚至不存在電池一致性問題。

　　最后就是改進電池管理系統（BMS），這一方面我們也確實落后于歐美日。

　　相比于2014款秦，2015年推出的秦由于使用了全新的電池管理系統，在每一個小節的電池上都加裝了控制器方便更好的操控并且額外多出8節電池（就是說實際容量大于標稱）。

　　電池一致性的問題已經解決很多，但無論如何，在一致性方面，磷酸鐵鋰落后于三元電池。這一局：三元勝。

　　7、低溫性能

　　這一項結論很清晰：磷酸鐵鋰低溫性能差，三元更優。

　　冬天里，電動車的續航里程都要變短，但磷酸鐵鋰電池問題更嚴重一些。但到底縮減多少呢？

　　還是要拿出清晰的數據來說話，就以新款400公里續航的比亞迪e6為例，進入冬天后車主紛紛反映續航只能做到原先的60%，也就是240公里。

　　但這不能全怪罪于電池，根據熱脹冷縮的簡單原理，我們就知道進入冬天后，汽車的胎壓會降低，而胎壓低則是導致續航縮短的重要原因，當車主注意胎壓以及腳法后，續航可以恢復到標稱的70%~75%，達到近300公里的續航，比標稱的400公里少100公里。

　　問題是這100公里的續航哪里去了呢？答案在于空調。

　　傳統燃油車能量轉換效率只有不到30%，剩余70%的能量以廢熱的形式散發，進入冬天以后，汽車打開暖風并不需要額外消耗汽油，只需要把發動機散發出的廢熱吹送到駕駛室即可。

　　但電動車電機能量轉換效率達到了90%，并沒有額外的廢熱，如果冬天要開空調，就只能額外消耗電池里的能量。所以續航里程的縮減并不能完全怪罪于磷酸鐵鋰的低溫性能差。

　　使用三元電池的北汽ev200在冬天里一樣明顯縮減，而且由于電池整體容量更低，本來續航只有200公里，打七折之后更只剩下140公里了，司機們叫苦不迭。

　　針對冬天，磷酸鐵鋰電池也有很多應對辦法，例如材料納米化以及碳包覆，還有一個更簡單有效的辦法，就是給電池組安裝加熱裝置。

　　綜合來看，低溫對磷酸鐵鋰電池組對整體性能的影響＜10%。另外，由于三元電池也或多或少要收到低溫的影響，所以兩者在低溫下的性能實際差別其實就更小了。

　　但無論如何，低溫性能成為磷酸鐵鋰的一個短板，這一局三元勝！

　　以上7個方面的分析，幾乎覆蓋了動力電池新能指標的各個方面，在七場對決中，三元和鐵鋰慘烈廝殺，痛苦角逐，互有勝負，也有平手。

　　那么這7場對決后，我這個裁判能給出最終的結論嗎？或是你們這些讀者、觀眾更給出自己內心的判斷嗎？到底誰才是當之無愧的冠軍？

　　作為裁判的我，通過這么多分析論述后，只能遺憾地告訴大家，我無法下一個誰更優的結論，所以本場打擂沒有冠軍或者都是冠軍。

　　決議

　　聽到這個結果有些人可能要生氣了，洋洋灑灑7000字，浪費大家這么多時間和感情，讀到這里竟然只得到了平局結論，我這豈不是欠揍？！且慢，我們接著看下去。

　　雖然我不能給出一個簡單的結論，直接說出誰優誰劣，但是結合具體應用環境，就會有清晰的答案，因為一些具體的應用環境，會彰顯某一方面的有點，遮蔽某些方面的劣勢。

　　1、儲能應用情境

　　這還用說嗎！這個應用情景磷酸鐵鋰獲得壓倒性的勝利。

　　儲能電站動輒上數千千瓦甚至數萬千瓦的電池堆放在一塊，如果使用三元電池，等同于把成噸的炸彈堆放在一起。

　　磷酸鐵鋰的長壽命也符合儲能的應用需求，儲能電站往往會在偏郊建設，土地以及空間不成問題，遮蔽了磷酸鐵鋰能量密度低的劣勢。

　　尤其作為電網調頻的儲能電站，經常需要大倍率的充放，鐵鋰的充電倍率也滿足這一需求。在儲能應用的場景下，磷酸鐵鋰的劣勢不再是劣勢，優勢卻又十分突出。

　　所以，當我們考慮這一應用場景，磷酸鐵鋰是無可辯駁的冠軍。

　　2、無人機電池

　　這還用說嗎，你見過使用鐵鋰電池的無人機嗎？

　　毫無疑問，這又是另一個應用場景的極端，這個領域，三元鋰電池占據著100%的市場份額。

　　能量密度的天生劣勢這一點，就判定了鐵鋰電池永遠不可能應用于無人機。

　　無人機鋰電池領域，三元電池完勝。

　　3、電動大巴以及電動商用車

　　這些車自重大、空間大，對重量敏感度低，公交車、大巴車由于乘客眾多，對安全性要求高；

　　這些車運營時間長，對電池壽命要求高，這些特點都恰好發揮了磷酸鐵鋰的優勢，遮蔽了磷酸鐵鋰的劣勢；

　　所以磷酸鐵鋰技術領先的比亞迪率先敢把純電動車應用于公交車以及電動叉車、電動卡車等。就是憑著對鐵鋰電池安全、高充放倍率、長壽命的自信。

　　前段時間，國家暫停了三元電池大巴車的目錄申報，其實這在某種程度上宣告了三元電池在這一領域沒有應用未來，電動公交大巴以及商用車領域，磷酸鐵鋰完勝。

　　4、插電式混合動力車

　　這個領域的爭議其實也很小，雖然現在的插電車都以磷酸鐵鋰為主，但比亞迪自己卻準備開始拋棄這一技術路線了。

　　從秦唐100開始，比亞迪的插電式混合動力車將全面轉向鎳鈷錳三元電池，我認為這種轉變背后最核心的原因就在于磷酸鐵鋰小單體電池一致性問題。

　　這個領域，三元勝。

　　5、純電動乘用車

　　這又是一個膠著的戰場。首先純電動乘用車使用的磷酸鐵鋰是大單體，每個單體容量高達0.82千瓦時，比在插電混合動力車里面使用的單體大十倍。

　　以秦ev300為例，整臺車僅僅只有58塊電池，這比起model s的7000節電池，真是個零頭。

　　由于電池單體少，給每一個單體上安裝一個控制單元從成本角度也劃得來，進而最大程度地解決一致性問題，再之，大單體電池的一致性問題也不是那么突出。

　　但這并不意味著磷酸鐵鋰在純電動乘用車領域獲勝，情況遠比這個復雜。

　　由于磷酸鐵鋰密度低，同等容量下重量更大，這就導致使用磷酸鐵鋰電池的純電動車自重大，能耗高。比起北汽ev200百公里電耗14kwh，比亞迪e5百公里電耗要高一些在16kwh左右。

　　除此之外，乘用車日均行駛里程為46公里，比起公交車日均230公里，出租車日均400公里的行駛里程短太多，這就使得磷酸鐵鋰長壽命的特性發揮不出來，而三元電池壽命先對較短的劣勢也不那么致命；

　　再就是安全性，私人乘用車對安全性要求不如公交車那么嚴苛，但這也并不是說可以對安全性不管不顧，特斯拉model s的三元電池組之所以重達900kg，就是因為需要額外的保護裝置保護電池組。

　　總之，在純電動乘用車，兩種電池路線又是一種膠著的狀態。

　　由于百公里平均電耗大家日常都能感受到，降低能耗又是國家的要求和方向，所以，兩種技術路線可能長期在純電動領域長期并存，三元略占優。

　　總結以上五大應用場景，我們可以知道鐵鋰電池和三元電池在各自特定領域有著不同的優勢：鐵鋰適合用儲能和商用車；三元適合于插電混動車、乘用車、無人機等領域。

　　由于我國新能源車率先在商用車領域爆發，前些年使用鐵鋰電池更多一些；隨著電動車革命的深入，乘用車銷量的爆發，三元電池的占比會逐步提高。

　　但無論如何兩者將長期共存，國內領先的電池企業也必將選擇兩條腿走路（同時生產三元電池和鐵鋰電池）的戰略。