天能：磷酸鐵鋰可突破特斯拉電池瓶頸

要發(fā)展新能源汽車，自然離不開動力電池。然而，即便是發(fā)展如日中天的特斯拉電動汽車，它的動力鋰電池依然存在爭議，能否做大市場依然有待檢驗。什么樣的動力電池能破解行業(yè)發(fā)展瓶頸，成為未來的主流呢？

特斯拉電動汽車的動力電池技術(shù)在業(yè)界一直是褒貶不一。單論電池的性能，特斯拉使用的是鎳鈷鋰三元材料鈷酸鋰電池，這類電池雖然能量密度高，更換成本低，但是熱穩(wěn)定性差，在高溫下會放出大量的熱能而可能爆炸，引發(fā)火災等。所以這也是鈷酸鋰電池不能在新能源汽車量產(chǎn)中做大的現(xiàn)實原因。

如何攻克現(xiàn)有鋰電池在應用中的技術(shù)瓶頸呢？作為國內(nèi)動力電池生產(chǎn)的領頭羊企業(yè)，天能集團副總裁周建中認為，磷酸鐵鋰的電池能量密度比鈷酸鋰電池略低，但性能穩(wěn)定，大功率放電好，而且循環(huán)壽命是后者的3-4倍，更經(jīng)濟環(huán)保。為此，天能將磷酸鐵鋰電池作為企業(yè)的技術(shù)發(fā)展方向。而且在此方面已經(jīng)進行了多年的技術(shù)研發(fā)投入，并已取得階段性的成果。

本月初，科技部部長萬鋼在中國電動汽車百人會上強調(diào)，國家將堅持發(fā)展電動汽車的“四不變”政策，鼓勵國內(nèi)電動汽車廠商推動新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。這一信息讓眾多電池生產(chǎn)商開始積極擴充產(chǎn)能，希望借機“彎道超車”。但是考慮到國內(nèi)鋰電池技術(shù)起步較晚，某些核心技術(shù)仍然與國際先進水平有一定差距，而且中國市場應用環(huán)境極為復雜，要推出適合中國市場的鋰電池產(chǎn)品，天能集團認為目前當務之急，并不是盲目擴充產(chǎn)能，而是通過潛心科研，突破技術(shù)瓶頸，提升產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平。

天能集團投入巨資進行技術(shù)研發(fā)，僅2013年，天能在電動汽車動力電池項目上的研發(fā)投入就增長了21%。

目前，天能研發(fā)生產(chǎn)的磷酸鐵鋰電池充電倍率、放電倍率、加速性能、充電時間、安全性能等領域表現(xiàn)遠超市場上的同類產(chǎn)品，尤其在零下20度的低溫下放出能量達到80%以上，大大高于60%的國家標準。“天能的鋰電池業(yè)務已經(jīng)實現(xiàn)了連續(xù)六年增長?！倍麻L張?zhí)烊蜗喈斂春霉驹阡囯姵仡I域的發(fā)展前景。

比亞迪電動車磷酸鐵鋰電池優(yōu)勢解讀

新能源汽車分析之磷酸鐵鋰

本期筆者主要討論電動汽車的心臟—電池。

為什么說電池是電動汽車的心臟？這要先從電動汽車的歷史說起。一說起電動新能源車，很容易將其歸納為一個全新的技術(shù)以及事物。其實，電動車的歷史遠比想象的早，甚至早于燃油汽車。美國人托馬斯·達文波特于1834年制造出第一輛直流電機驅(qū)動的電動車；1838年蘇格蘭人羅伯特·戴維森發(fā)明了電驅(qū)動的火車；時至今日依然使用的有軌電車是1840年在英國出現(xiàn)的專利。世界上第一輛電動汽車于1881年誕生，發(fā)明人為法國工程師古斯塔夫?特魯夫，這是一輛用鉛酸電池為動力的三輪車。之后就出現(xiàn)了以鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池等燃料電池作為電力。

可以看到，雖然電動汽車早于燃油車發(fā)展，并在早期取得了一定的規(guī)模，但在近代，由于燃油汽車的大力發(fā)展，使電動汽車在競爭中受挫。但真正的問題是，過去以鉛酸電池為主的電動車，受制于鉛酸電池的密度、壽命、功率等多方面限制，一直沒有辦法在動力源，也就是電池方面取得突破，以至于使電動汽車發(fā)展陷入停滯。

鋰電池的分類及優(yōu)缺點

這一問題直到鋰電池的出現(xiàn)且經(jīng)20年大力發(fā)展才得以逐步改善解決。

鋰電池通常分兩大類：

鋰金屬電池：鋰金屬電池一般是使用二氧化錳為正極材料、金屬鋰或其合金金屬為負極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。

鋰離子電池：鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負極材料、使用非水電解質(zhì)的電池。

雖然鋰金屬電池的能量密度高，理論上能達到3860瓦/公斤。但是由于其性質(zhì)不夠穩(wěn)定而且不能充電，所以無法作為反復使用的動力電池。而鋰離子電池由于具有反復充電的能力，被作為主要的動力電池發(fā)展。但因為其配合不同的元素，組成的正極材料在各方面性能差異很大，導致業(yè)內(nèi)對正極材料路線的紛爭加大。

通常我們說得最多的動力電池主要有磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰電池、鈷酸鋰電池以及三元鋰電池（三元鎳鈷錳）。

以上各類電池都有優(yōu)缺點，大致歸納為：

磷酸鐵鋰：

優(yōu)點：壽命長、充放電倍率大、安全性好、高溫性好、元素無害、成本低。

缺點：能量密度低、振實密度低（體積密度）。

三元鋰：

優(yōu)點：能量密度高、振實密度高。

缺點：安全性差、耐高溫性差、壽命差、大功率放電差、元素有毒（三元鋰電池大功率充放電后溫度急劇升高，高溫后釋放氧氣極容易燃燒）。

錳酸鋰：

優(yōu)點：振實密度高、成本低。

缺點：耐高溫性差，錳酸鋰長時間使用后溫度急劇升高，電池壽命衰減嚴重（比如日產(chǎn)電動車LEAF）。

鈷酸鋰：

通常用于3C產(chǎn)品，安全性極差，不適合做動力電池。

理論上，我們需要的電池應該是能量密度高、體積密度高、安全性好、耐高溫低溫、循環(huán)壽命長、無毒無害、可大功率充放電，聚所有優(yōu)點為一體而且低成本。但目前并不存在這樣的電池，那么在不同種類電池的優(yōu)缺點中就需要取舍。而且，不同的電動車對電池的需求點也是不同的，因此只有立足于長遠地對電動汽車作出判斷，才能有利于我們正確地判斷電池路線的選擇。

磷酸鐵鋰電池的優(yōu)越性

這里就需要回溯前兩篇的論述，我們分析了未來的電動汽車應該以小里程、快充電的電動汽車為主。而目前家用車需要長續(xù)航的雙?；旌蟿恿Γ约肮皇袌龅拇罄m(xù)航純電汽車。那么這樣的車需要什么樣的電池？

一、安全

首先安全是汽車必備的前提。汽車不同于手機和電腦，汽車在高速行駛中有可能遇到眾多不可預知因素，比如車禍造成的電池擠壓和撞擊。而任何一個不利的因素，都有可能造車車毀人亡。我們可以看到一些老年代步車使用劣質(zhì)的鉛酸電池，完全沒有安全保障，電池自燃、受撞擊燃燒的案例比比皆是。再比如特斯拉近一年的連續(xù)著火事件，雖然得利于特斯拉的安全設計并沒有出現(xiàn)人員傷亡。但同時也要看到，這幾次事件都是非常輕微的碰撞事故，碰撞本身對車和人并無傷害，而電池卻著火了，那么如果是更嚴重的事故呢？

二、高倍率放電壽命

普通汽車使用壽命長達數(shù)十年，一輛電動汽車的電池，10年至少需要3000次的循環(huán)壽命。電池作為比較貴的部件，壽命能否與車等同是非常重要的，既要保證車輛的性能又要保證車主的利益，這樣才能利于市場的推動。目前世界各車企的電動汽車，只有去年上市的比亞迪“秦”做到了電芯終生質(zhì)保。

電池的壽命也就是循環(huán)壽命，并非簡單的電池參數(shù)給出的數(shù)字。電池的循環(huán)壽命和電池的循環(huán)狀態(tài)是息息相關(guān)的，比如放電倍率、充電倍率、溫度等。通常電池實驗室數(shù)據(jù)得出的循環(huán)壽命，是以0.3C恒定的充放電倍率，在20度恒定最佳溫度下得到的。但是在實際用車過程中，倍率和溫度都是非恒定的。這也就是為什么通常無論是筆記本、手機，還是電瓶車的電池，實際使用中的壽命都遠遠不如廠商給出的數(shù)據(jù)的原因。而中小里程純電以及長續(xù)航雙?；旌蟿恿嚕驗樗鶐У碾姵乇容^少，對其放電的要求就會更高，對壽命的影響就會更大。

比如A123的磷酸鐵鋰電池，通常循環(huán)壽命可以到3000次以上。但是，A123的磷酸鐵鋰航模電池，以10C的充電倍率、5C的放電倍率使用，實驗室中的壽命縮短到只有600次，而真正實際使用中只有400次左右，可見放電倍率對壽命的影響。

再以比亞迪“秦”為例，只有13KWH的電池驅(qū)動峰值功率110KW的電機。可以計算出，當“秦”滿電時其最大放電倍率高達8.4C。尤其是當“秦”只有50%電量時，其最大放電倍率可以達到18C。如果電量再低放電倍率將超過25C，這會極大地縮短電池的壽命。

再看P85度電的特斯拉，最大功率310KW的電機，看起來很龐大，其實電池放電倍率不過4C。在只有30%的電量時，最大放電倍率也不過10C。而且特斯拉的大容量電池，在極大程度上避免電池處于大功率的放電之中。

通過簡單的對比，就可以看出比亞迪電池的高倍率放電壽命的優(yōu)越性。

三、溫度適應性

極寒對電池的影響，主要表現(xiàn)在充放電倍率低和電容量減少；極熱對電池的影響，主要表現(xiàn)為壽命減低、高溫安全性以及充放電能力下降。

極寒對于電池的影響相對較輕，因為一般鋰電池都可以在零下20度以下使用，而且在電池的放電過程中本身就會產(chǎn)生熱量，但能耗的增加以及電量的減少不可避免。

極寒對純電車的影響和對雙模混合動力車又不一樣。純電動車因為沒有其他動力來源，在極寒情況下要達到合適的溫度，必須依靠電池放電加熱，那么對于能耗以及續(xù)航里程就會有很大影響。特斯拉在冬天無論是百公里能耗以及續(xù)航里程都和平時有顯著不同。

對于雙?；旌蟿恿τ绊懢洼^弱。因為混動有發(fā)動機作為備用提供能量。比如去年11月份比亞迪在包頭舉行的“秦”推廣活動，當時夜間氣溫在零下15至20度，在早晨極寒的情況下啟動車輛，系統(tǒng)會自動切換到HEV模式，發(fā)動機帶動空調(diào)，迅速提高車內(nèi)溫度，當溫度提高以后再切換回EV模式。

極熱對純電和混動影響都很大，比如電池本身大功率放電溫度就會升高。以普通鋰離子電池為例，20C的放電，電池的溫度可以提升到接近50度。這么高的溫度，不僅對電池的壽命有影響，更重要的是安全隱患。比如特斯拉的三元電池在高溫環(huán)境下會釋放氧氣，而氧氣是易燃物體。特斯拉通過循環(huán)冷卻系統(tǒng)降低溫度、以硬外殼包裹隔離電池以防止氧氣溢出。但是當遇到撞擊時還是難免起火。

四、能量密度

能量密度，顧名思義就是單位重量的電池所能容納的能量。能量密度通常是判斷電池優(yōu)略的重要指標，但是在筆者的分析體系里，能量密度在電池性能指標中不是很重要。

原因有兩個：

1.能量密度必須結(jié)合其他性能。比如磷酸鐵鋰電池的能量密度確實不高。但是因為其安全穩(wěn)定耐高溫等特點，以磷酸鐵鋰為電芯所組成的電池極為簡單，不需要太多保護輔助設備。而特斯拉的三元電池雖然電池電芯密度很高，但由于其安全性差不耐高溫，所以必須結(jié)合一套復雜的電池保護設備，而這些設備都加大了汽車的重量。有報道稱在發(fā)生連續(xù)燃燒事故后，特斯拉又準備加厚電池保護設備，這就將三元電池的能量密度優(yōu)勢消弱了。

2.重量對于汽車的影響不大，特別是對于未來電動汽車的主流趨勢混合動力以及小里程純電動汽車。我們可以設想，以130千瓦時/公斤能量密度和200千瓦時/公斤能量密度的電池做一個對比。即使是最大的80度總電量，兩種電池的重量差不過200KG。

這對于一輛接近2噸的汽車影響很低。

因此筆者認為，盡管電池的能量密度自然是越大越好，但并不必要刻意追求最大。特別是能量密度越大越不穩(wěn)定，這是基本常識。只要達到夠用的程度，能量密度不是太重要。

五、成本

成本非常好理解，要廣泛普及必須要有成本優(yōu)勢，這在本系列第一篇也已經(jīng)計算過。小里程純電或者混動電動車，一方面需要減少車載電池量節(jié)約電芯成本，另一方面需要降低電池包+保護設備的成本。因此我們發(fā)現(xiàn)，特斯拉的電芯成本雖然較低，但是整體成本依然居高不下。

通過以上論述我們知道，不同鋰離子電池都有天然優(yōu)點和缺點。但重要的是，如何對未來電動車發(fā)展的重點要素排序，這樣才能選出適合潮流的電池。綜上，從安全、壽命、放電能力、溫度適應、能量密度、成本等因素綜合考慮，筆者認為磷酸鐵鋰電池最適合未來電動汽車電池的發(fā)展方向。

比亞迪電動汽車為何選用磷酸鐵鋰電池？

電池和充電是新能源車發(fā)展戰(zhàn)略的兩大瓶頸。相對充電站建設來說，電池性能的改進更需要"硬實力"。在電池技術(shù)上，業(yè)內(nèi)也有一些不同的聲音，基本的共識是鋰電池是發(fā)展方向，國內(nèi)應用最多的鋰電池是磷酸鐵鋰電池。那么磷酸鐵鋰電池性能有哪些優(yōu)點呢？

"電池是新能源車的核心。到底國內(nèi)各新能源廠家使用的是什么電池，它們的優(yōu)點和缺點是什么？電池的使用壽命多長？"作為政府部門，國家要求優(yōu)先采購新能源車，但實際上許多采購人對其并不了解，對各廠家使用的是什么電池，以及為何要選擇此類電池等核心話題更是知之寥寥。

目前國內(nèi)主流新能源整車廠家有江淮、長安、北汽、上汽榮威、比亞迪等，"這些廠家主要生產(chǎn)純電動車、插電式混合動力，這與國家的新能源汽車戰(zhàn)略非常契合。"長安汽車股份有限公司副總裁杜毅表示，國家大力發(fā)展新能源車，主要是希望純電動車能盡快達到國際汽車先進水平，實現(xiàn)彎道超車。

磷酸鐵鋰電池優(yōu)勢明顯

"目前國內(nèi)主流新能源廠家使用的基本都是磷酸鐵鋰電池。"江淮汽車乘用車營銷公司新能源營銷部副部長方良海向記者介紹說。

榮威550PLUG-IN插電式混合動力車，采用的也是磷酸鐵鋰動力電池。

為什么眾廠家同時選擇磷酸鐵鋰電池？

北汽集團副總工程師林逸表示，這種電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長、安全性好、自放電小以及綠色環(huán)保等優(yōu)點。具體來說，磷酸鐵鋰電池能量密度高，充放電效率較高，倍率放電情況下充放電效率可達90%以上；循環(huán)壽命達到2000次以上，標準充電（5小時率）使用，可達到2000次，性能價比超過普通電池的4倍以上；安全性好，性能比較穩(wěn)定，目前，北汽E150EV產(chǎn)品已經(jīng)示范運營行駛2000萬公里，無重大安全事故發(fā)生；綠色環(huán)保，磷酸鐵鋰電池不含任何重金屬與稀有金屬，無毒，無污染；另外，高溫性能好，電池穩(wěn)定工作溫度環(huán)境-20℃至75℃。

江淮電動車選擇的也是磷酸鐵鋰電池。方良海認為其技術(shù)相對成熟、價格便宜，而且更環(huán)保，回收后，廢掉的電池還可以用做儲能。

電池使用壽命最少10年

純電動車依靠電池來驅(qū)動，那么電池的使用壽命到底能有多長？是否使用幾年后電池就不行了？

江淮純電動車愛意為是較早投放市場的新能源車之一，已有豐富的市場經(jīng)驗。方良海介紹，目前有的江淮純電動車已經(jīng)跑了10萬公里，經(jīng)過測驗發(fā)現(xiàn)，電池損耗還不到20%。換句話說，江淮iEV一次充滿電可以跑100公里，但跑了10萬公里后，充滿電還能跑80公里。

林逸也表示，磷酸鐵鋰電池可滿充滿放2000次，按照一年充200次計算（平均1.8天充一次），最少可以10年。

另外，據(jù)記者了解，新能源車有5年/10萬公里的質(zhì)保，如果在此期間電池出現(xiàn)問題，廠家免費更換電池。

"其實更換電池并不像大家想象的那么復雜，一組電池是由單體組成的，一般不會整組電池出現(xiàn)問題，只要換單體就行了，成本價只要一兩百元。"方良海表示，廠家會盡最大可能給消費者提供便利。

電池性能由管理系統(tǒng)決定

雖然使用的都是磷酸鐵鋰電池，但各廠家最終呈現(xiàn)在消費者面前的新能源車型的技術(shù)和性能卻有很大差別。

上汽乘用車公司技術(shù)中心副主任、捷能公司總經(jīng)理朱軍先生介紹，榮威550插電式混合動力車所用的動力電池經(jīng)過了嚴苛的碰撞、火燒等試驗檢測，同時整車設計了多層次高壓安全防護體系。另外，還配備了遠程實時監(jiān)控系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)電池電量過低、車輛數(shù)據(jù)異常、系統(tǒng)報警等情況，車輛智能信息控制系統(tǒng)會點亮報警燈，提醒駕駛員車輛出現(xiàn)異常，從根本上保護駕乘者的安全。

正如方良海所說："電池是死的，管理系統(tǒng)才是最核心的。"例如有時候車輛會突然掉電，這可能是車輛溫度高了。江淮給電池設定了自動保護系統(tǒng)，這只是江淮iEV電動車為電池設定的安全保護措施中的一個方面而已，"這些都是江淮純電動車經(jīng)過市場體驗后一步步完善的。"

電池成本以及電池重量

江淮：電池成本大概5萬元，現(xiàn)在一輛車有兩組電池，重約200kg。

上汽：加入電池組后，榮威550PLUG-IN車重增加了約200kg。榮威550PLUG-IN正常使用狀態(tài)下充滿電大約需要9-10度電，以電費0.5元一度計算，充滿僅花費5元。

北汽：目前北汽E150EV磷酸鐵鋰電池的成本為3500元/kwh。

比亞迪：電池重量約600kg，一輛車電池成本大概13萬元。

充電時間以及快速充電

從電池零電量到完全充滿大約需要8個小時左右，這是在試驗條件下得來的。日常駕駛中電池電量不可能用到零，一般最低也就是剩余10%到20%的電量。也就是說，正常使用時一般6小時左右便可充滿。

現(xiàn)在，有不少人希望能實現(xiàn)快速充電，即用半個小時或者一個小時就充滿電。汽車廠家并不贊同這種方式，因為這會損害電池的使用壽命。

行駛里程

江淮：160公里左右。

長安：160公里左右。

比亞迪：300公里左右，但這是以增加電池和車重為前提的，其電池的重量大概是其他廠家的3倍。

上汽：在電量充足、不猛踩加速踏板的情況下，車輛不會輕易啟動發(fā)動機，純電行駛里程能達到58km。

無需專門充電樁

這幾種電動車均不需要專門的充電樁進行充電，家用220V電源就可以，10安培以上的插座也符合要求。如果有條件的話，也可在國家電網(wǎng)充電樁進行充電，廠商也會協(xié)助用戶安裝充電樁。

廠商聲音

新能源電池研發(fā)不能急功近利

作為納斯達克上市公司，深圳市比克電池有限公司在動力電池研究領域具有一定影響，其動力電池已經(jīng)成功裝配奇瑞、東風裕隆、宇通等汽車品牌。

深圳市比克電池有限公司工程師宋琦表示，目前國內(nèi)主流動力鋰電池有磷酸鐵鋰、三元材料、錳酸鋰和鈦酸鋰等不同技術(shù)體系，它們各有優(yōu)缺點。應用在電動汽車上時，各類動力電池都需要解決能量密度、安全穩(wěn)定性、循環(huán)壽命、成本控制等方面的問題。

我國政府及很多企業(yè)都把發(fā)展新能源汽車作為未來發(fā)展戰(zhàn)略方向。宋琦表示，總體來看，這會大大促進新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，但同時，發(fā)展新能源汽車和動力電池也不能急功近利，關(guān)鍵是要把基礎打好，才能真正發(fā)揮政策的扶持作用。

"拿動力電池來說，客觀上，我們還有很多方面沒有準備好。比如核心技術(shù)、關(guān)鍵材料、生產(chǎn)工藝設備等方面基本都是從國外引進的，很少有我們自己的原創(chuàng)，這樣怎么可能真正發(fā)展好？"宋琦表示，"所以無論是政府還是企業(yè)都不能急功近利，電池技術(shù)的發(fā)展需要一個過程，發(fā)達國家在這方面具有經(jīng)驗優(yōu)勢，我們在這方面還有許多準備工作要做。只有自己準備好了，當機會來的時候才能把握住。"

專家觀點

國內(nèi)動力電池工藝有待提升

目前，國內(nèi)新能源車鋰電池技術(shù)體系大致包括磷酸鐵鋰、三元材料、錳酸鋰和鈦酸鋰等體系，不同廠家選擇的路線略有不同。

據(jù)上海清潔能源研究與產(chǎn)業(yè)促進中心主管虞儉介紹，當前國內(nèi)的磷酸鐵鋰電池已經(jīng)有了很多技術(shù)進步，基本可以滿足新能源車特別是混合動力汽車的需要。

虞儉認為，國內(nèi)新能源電池產(chǎn)業(yè)存在的主要問題是工藝相對落后、產(chǎn)業(yè)工人素質(zhì)還需要提高。

"目前在世界新能源電池產(chǎn)業(yè)比較發(fā)達的國家中，美國和日本的新能源電池制造工藝是最先進的。在核心設備上，美日都沒對我國放開市場。所以我們國內(nèi)的電池廠家要么自己摸索制造，要么引進韓國的技術(shù)，但總體上與世界先進工藝還有較大的差距。"虞儉表示。

另外，由于國內(nèi)新能源電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展時間較短，產(chǎn)業(yè)工人的素質(zhì)普遍不高，加上各廠家的人才吸引及激勵機制不健全，導致人才流失嚴重，這也影響了國內(nèi)新能源電池產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)能力的提高。

對于新能源車電池未來技術(shù)發(fā)展，虞儉認為，三元電池在日本發(fā)展相對成熟并已經(jīng)引進中國，但是其熱控制等環(huán)節(jié)也有關(guān)鍵技術(shù)需要突破，其應用推廣不需時日。

國家也非常重視新能源電池的研發(fā)。在前段時間工信部、財政部、科技部、國家發(fā)改委等四部委發(fā)布的《關(guān)于進一步做好新能源汽車推廣應用工作的通知》中，都有涉及新能源電池發(fā)展的內(nèi)容?？梢妵覍π履茉措姵匕l(fā)展的重視。

目前，特斯拉電動車比較火。但虞儉并不看好其發(fā)展前景。"新能源車業(yè)界大都不看好特斯拉未來的發(fā)展，因為它并沒突破核心技術(shù)。當然，它的工藝水平、整合能力、對用戶需求的滿足度等方面有很多值得國內(nèi)企業(yè)借鑒的地方。說白了，特斯拉更像蘋果手機，在功能性和用戶體驗方面做得比其他企業(yè)好一些。"虞儉認為。