三元锂离子电池包的技术

磷酸铁锂离子电池的特点在于安全性高，高倍率充放电特性和较长的循环寿命。文献显示，在充电条件为1C倍率充电至3.65V，然后转恒压至电流下降到0.02C，之后以1C倍率放电至截止电压2.0V，循环1600次之后电池容量仍有初始容量的80%。磷酸铁锂离子电池也拥有良好的快充特性，3C倍率充电条件下，15分钟可以充电55%，30分钟充个电容量超过95%。

磷酸铁锂离子电池最大的优势是其安全性，磷酸铁锂的化学性质稳定，高温稳定性好，700-800℃才会开始发生分析，且在面对撞击、针刺、短路等情况时不会释出氧分子，不会出现剧烈的燃烧，安全性能高。

但是，磷酸铁锂离子电池的缺点在于其性能受温度影响大，尤其是低温环境下，放电能力和容量均会大幅度降低。此外，磷酸铁锂的能量密度较低，仅算电池的重量能量密度惟有120Wh/kg，倘若计算整个电堆，包括电池管理系统、散热等零部件的能量密度就更低了。

在小型乘用车范畴，三元锂离子电池包已经全面取代磷酸铁锂离子电池。三元锂离子电池包能量密度高，循环性能好于正常钴酸锂。目前，随着配方的不断改进和结构完善，电池的标称电压已达到3.7V，在容量上已经达到或超过钴酸锂离子电池水平。

三元锂离子电池是指使用镍钴锰酸锂做为正极材料，石墨作为负极材料的锂离子电池。与磷酸铁锂不同，三元锂离子电池电压平台很高，这也就意味着在相同的体积或是重量下，三元锂离子电池包的比能量、比功率更大。除此之外，在大倍率充电、和耐低温性能等方面，三元锂离子电池也有很大的优点。

三元锂离子电池包PK磷酸铁锂技术路线之争看似巨大，但有关用户和整车公司来说，两种技术路线实则各有千秋。归根结底，不同车型选择适合其运营的不同电池，才是问题的根本所在。

三元锂离子电池包热稳定性较差，250-300℃就会发生分析，遇到电池中可燃的电解液、碳材料后一点就着，出现的热量进一步加剧正极分析，在极短的时间内就会爆燃。虽然有着安全顾虑，但因为政策对能量密度的规定，三元锂离子电池包已经呈现取代磷酸铁锂离子电池趋势，成为乘用车的主流。

三元锂电池是一种高倍率、高能量密度的锂离子电池，具有优异的安全性能和长寿命，广泛应用于移动电源、电动汽车等领域。近年来，随着电动汽车市场的快速发展，三元锂电池的研究也得到了越来越多的关注和投资。在不断的技术研究和创新之下，三元锂电池取得了重要的技术突破，主要表现在以下几个方面。

电池

一、高镍成分化

传统三元锂电池的正极材料是钴酸锂，但钴的价值昂贵，同时还存在一些安全隐患。为了解决这个问题，研究人员开始尝试使用镍代替钴作为正极材料。通过不断的改进，现在已经可以实现高镍成分化，即提高正极材料中镍的含量，从而使得电池能够拥有更高的能量密度。例如，目前市场上流行的三元锂电池正极材料中，钴和镍的比例已经从最初的1：1提高到了1：2.5，而且还有望进一步提高。

二、高电压使用

传统三元锂电池的正常工作电压范围在3V-4.2V之间，而高电压使用可以将这个范围提高到4.35V-4.4V，从而使得电池能够更加充分地释放能量。高电压使用需要在电池的结构设计和材料选择上做出相应的调整，以防止电池损坏或安全事故的发生。研究表明，采用高电压使用技术可以将三元锂电池的能量密度提高20%-30%左右，大大提升了其性能指标。

高压

三、多元锂电池组合

为了更好地平衡电池的性能指标，人们开始尝试将多种不同的锂离子电池组合在一起使用。例如，目前市场上已经出现了三元锂电池和磷酸铁锂电池组合的产品，这种组合可以在提高能量密度的同时，兼顾安全性能和使用寿命。除此之外，运用多元锂电池组合技术还可以降低成本，增加电池生产的灵活性。

高效

综合来看，三元锂电池的技术突破主要表现在提高能量密度、降低成本和提升安全性能等方面。未来，随着新材料、新技术的不断涌现和推广，三元锂电池的表现和应用场景还有很大的拓展空间，这对于锂电池产业的发展和推广来说具有极其重要的意义。

目前新能源汽车动力电池主要采用三元锂电池和磷酸铁锂电池，根据中国汽车动力电池产业联盟发布的公开资料，2021年，我国三元锂电池装机量74.3GWh，占比48.1%，磷酸铁锂装机量79.8GWh，占比51.7%，二者占据了近100%的动力电池市场并且彼此难分伯仲，各有千秋。

三元电池的核心优势是能量密度，劣势是成本和安全性能，而磷酸铁锂的核心优势是成本和安全性能，劣势是能量密度。在此基础上，材料厂、电池厂、整车厂不断推出了新材料、新工艺技术，以期望达到电池能量密度、成本和安全的相对平衡。

1、无钴电池

2019年7月9日，蜂巢能源（原长城汽车动力电池事业部）举行品牌战略规划及产品发布会，面向全球首发无钴电池产品。

无钴电池发布会现场图

本次发布的无钴电池产品尺寸为44.3*220*100mm，容量156Ah，能量密度达到265Wh/kg，循环寿命可以满足2000次。据蜂巢能源介绍，其无钴材料性能可以达到NCM811的水平，但材料成本可以降低5~15%，电芯BOM成本降低约5%。

无钴电池发布会现场图

目前，动力电池正极材料主要包括NCM和LFP两种材料，NCM材料由于含有Ni、Co、Mn三种元素而得名“三元材料”，所谓的无钴电池就是在NCM材料基础上取消了Co元素，即可以理解为NMx二元电池。

由于Co储量较少，地壳丰度仅为0.0025%，且大部分Co资源都产自政局不稳定的刚果（金），无法稳定支撑汽车未来的全面电动化过程，且价格昂贵，因此，取消Co元素后可以降低材料成本，规避对Co元素的依赖，但Co元素可以稳定材料层状结构，降低Li+/Ni2+混排，从而提升循环和倍率性能，取消Co元素后必然对材料性能产生不利效果，为了解决这一问题，蜂巢能源对无钴材料进行以下改性：

1）阳离子掺杂

掺杂无未成对的电子自旋元素，降低Li+/Ni2+混排，提升倍率性能；

掺杂M-O键能大的元素，稳定O的八面体结构，减缓Li+嵌入/脱出过程的晶胞体积变化，提升循环性能。

2）单晶化

区别于多晶材料（一次颗粒团聚为二次球），单晶材料是单个分散的颗粒，具有更稳定的晶体结构，可以大幅提升电池高电压下的循环性能和安全性能。

3)纳米网络包覆

在单晶颗粒表面包覆一层纳米氧化物，减少正极材料与电解液的副反应，从而有效改善高电压下的循环稳定性。2021年8月29日，蜂巢能源在第二十四届成都国际车展上正式宣布，其开发的全球首款无钴电池包正式搭载长城欧拉首款SUV车型樱桃猫，实现量产装车。本次量产装车的无钴电池包的总电量82.5KWh，系统能量密度170Wh/kg，支持工况续航里程超600公里。