宁德时代比亚迪隔空斗法背后：三元锂真要玩完了？

电动车常用的三元锂电池会被淘汰吗？5月12日，工信部连续发布三个紧急文件，颁布了一系列电动汽车强制性标准，其中有一条“要求电池单体热失控后5分钟内电池系统不得着火或爆炸，并为乘客预留安全逃生时间。”。这一规定对目前应用最广泛的锂三元电池是一个重大打击。从之前发生的一些自燃事件可以看出，车用三元锂电池在失去热量控制后很快着火，不符合上述的5分钟不着火规则。提高三元锂电池正极材料中镍的含量，可以大大提高电池的能量密度，也可以为电动汽车带来更远的续航里程。但增加镍含量后，电池更容易热失控。相比磷酸铁电池，在特定的热失控(如针刺实验)后，三元锂电池内部的材料会随之分解爆炸。磷酸铁电池可以保持稳定性。除了政策，三元锂电池还面临着竞争对手的新一轮攻击——磷酸铁电池。比亚迪推出的刀片电池，采用新的封装方式，能量密度大幅提升，弥补了自身的不足。另外具有更好的安全性和成本优势，迅速崛起。比亚迪的旗舰电动车“韩”上市时配备了一种刀片式电池。特斯拉还将国产Model 3换成了磷酸铁电池。新标准和新产品的出现引起了业界的激烈争论。三元锂电池和磷酸铁电池的各自代表宁德时代和比亚迪“为这件事吵了起来。”比亚迪在blade电池发布会上发布针刺实验结果后，巨头宁德时报表示，电池安全和电池滥用测试是两回事，但有人把通过滥用测试等同于电池安全。“但随后，比亚迪反应强烈，表示‘不接受？让我们坚持下去！'".那么三元锂电池能过这个标准吗？三元锂和磷酸铁在技术上有什么区别？三元锂电池真的要被淘汰了吗？从行业专家的评论和各大企业的实际做法来看，已经有答案了。1、这两个月，宁德时代比亚迪“三元锂遇政策”发生多起电动车起火事件。因此，5月12日，工信部发布了三个紧急文件，发布了一系列电动汽车强制性标准，其中有一条“要求电池电芯发生热失控后，电池系统在5分钟内不得着火或爆炸，并为乘客预留安全逃生时间。".

▲工信部发布了一系列电动汽车强制性标准。这一强制性标准也被认为是针对三元锂电池的。从之前发生过的自燃现象来看，很多搭载三元锂电池的电动汽车都可以在几秒钟内自燃起火。此标准一出，一向以安全著称的磷酸铁锂电池再次受到公众关注。比亚迪作为磷酸铁锂电池的资深玩家，对磷酸铁锂电池的研究相对深入，在3月份发布了刀片电池。在发布会上，比亚迪副董事长贺龙表示，“几乎所有你能想到的电动车品牌都在和我们讨论合作。”这也从侧面反映出磷酸铁锂电池确实在引起很多汽车企业的关注。比亚迪总裁王传福在发布刀片电池时表示，在国内新能源乘用车行业，存在多家企业竞争电池寿命的现象，提高电池寿命的主要方法是提高动力电池的能量密度，导致电池行业发展出现偏差。整车企业普遍选择能量密度更高的锂三元电池，并不断提高电池的能量密度，导致电动车自燃频发。随后，比亚迪还发布了刀锋电池和三元锂电池在针刺实验下的不同结果。结果显示，三元锂电池在针刺实验下迅速爆炸，表面温度超过500摄氏度。“这也被外界视为比亚迪向宁德时代发起的挑战。随后，宁德时代董事长曾玉群亲自回应说，电池安全和电池滥用测试是两回事，但有人把通过滥用测试等同于电池安全。随后，比亚迪销售副总经理李云飞在微博上发帖说，如果你不同意，我们来试试！”，这种回应可以看作是把两人的暗战提升到了公开战的状态。

▲比亚迪销售副总经理李云飞在微博上回应称，5月22日，宁德时报发布视频显示，针刺实验时，钢针没有穿过电池组，也被电池外包装上的钢板折断。但视频发布后，也引起了部分网友的不满。一些网民认为，针刺实验的本质是模拟电池短路，而不是刺穿或未能穿透。还有人声称宁德时代掌握了电池外壳的核心技术。

▲由于网友调侃宁德时报视频的目的没有达到，5月23日晚，宁德时报又发布了一段视频。视频中，宁德时代的5系和8系三元锂电池都顺利通过了针刺测试。针刺和休息1小时后，电池没有出现剧烈发热和爆炸现象。在视频的最后，宁德时代表示，“宁德时代早在2017年就已经掌握了三元电池的过针测试技术，但为什么没有推广？通过针刺测试对电池安全吗？”目前，李云飞已经回应称，针刺试验已经失败，没有短路，而宁德时报仍有消息称，将发布第三段视频，国内动力电池行业两大巨头之间的争论仍将继续。然而，搭载锂三元电池的电动汽车频繁发生自燃，磷酸铁锂电池以及政策的步步打压也将锂三元电池置于了风口浪尖。那么，为什么会出现这种情况呢？2、“三元磷酸铁锂的成本和安全性处于劣势。要理解三元锂电池现状的原因，还需要从三元锂电池本身的角度出发。”。安全性低是目前三元锂电池最显著的问题。由于NCM电池的用户众多，我们将主要看一看这种类型的电池。根据镍、钴和锰的比例不同，NCM电池可分为两种类型，一种是镍锰当量型，另一种是镍锰不等型。例如，NCM424和NCM111是典型的镍锰等效电池。但随着车企对电动汽车续航能力要求的提高，三元锂电池能量密度不断提高，高镍路线日益清晰。因此，以NCM523、NCM622、NCM811为代表的高镍型锂三元电池是目前电池厂商的主流路线。由于提高镍可以使电池具有更高的容量，电池厂已经在生产最高容量的NCM811电池。

▲宁德时代动力电池，继8系三元锂电池之后，镍含量超过90%的9系三元锂电池正在蓄势待发。知名锂电池材料供应商高科锂业的报告显示，绿道目前已完成镍元素摩尔比分别为90%、92%、95%的Ni90、Ni92、Ni95等三元前驱体材料的研发和量产。然而，凡事有利有弊。随着能量密度的不断提高，电池的安全隐患也在增加。有研究表明，随着三元锂电池正极材料中镍的富集，电池的容量保持能力和热稳定性下降。当NCM三元锂电池正极镍含量超过60%，NCA三元锂电池正极镍含量超过80%时，经过一定次数的循环后，电池正极材料中的微裂纹明显增多，电极阻抗增大，正极开始向电芯中释放大量氧气。而且当电池温度达到250到350摄氏度时，三元锂电池内部的化学成分就会分解。这……这种现象会有两种后果。一个是由于微裂纹增多，电池寿命会受到影响；第二个原因是氧气的存在容易导致电池产生热失控，从而导致电池起火爆炸。另一方面，磷酸铁锂电池使用磷酸铁锂作为电池的阴极材料。磷酸铁锂晶体中的P-O键很难分解，即使在非常高的温度下或过度充电时，结构也不会崩溃。当电池的温度处于500到600摄氏度的高温时，内部的化学成分开始分解。正是这种特性使得磷酸铁锂电池的使用寿命更长，即使发生热失控，磷酸铁锂电池也不会像三元锂电池那样容易着火。

▲比亚迪刀片电池与其他电池的针刺测试结果对比即使发生火灾，磷酸铁锂电池也更容易处理。磷酸铁锂电池的燃烧需要外部供氧。一旦氧气被切断，火就被扑灭了，所以可以用常规灭火方法灭火。“三元锂电池着火后，会在电池内部持续发热。使用普通干粉灭火器可以扑灭明火，但不能降低内部温度，可能导致二次燃烧。所以只能用水持续冷却来灭火，这也增加了灭火的难度。”。此外，三元锂电池成本高也是一个缺点。三元锂电池是在阴极材料中使用金属元素如镍钴锰或镍钴铝的电池。目前，中国广泛使用镍钴锰(NCM)电池，而特斯拉使用镍钴铝(NCA)电池。

▲模式三:NCM电池和NCA电池都离不开钴的使用。钴是稀有金属，产量低，分布不均匀。美国地质调查局的数据显示，全球陆地钴资源储量约为700万吨，其中刚果民主共和国的储量占52%，澳大利亚占17%，古巴占7%，其他国家储量都很低。正是对钴金属的需求导致了锂三元电池的高成本。公开资料显示，目前三元锂电池的成本在每千瓦时1000元左右，而磷酸铁锂电池的成本可以控制在每千瓦时600元以内。总的来说，锂三元电池的优缺点是显而易见的。高能量密度可以为电动车提供更长的续航里程，但安全性差也是悬在空中的一把剑。对于汽车来说，安全也是最重要的，所以三元锂电池有压力也就不足为奇了。3、特斯拉、比亚迪转磷酸铁装机量持续上升。虽然锂三元电池存在安全问题，但由于其高能量密度，许多汽车公司仍然选择这种类型的电池，比亚迪的刀片电池基本上解决了能量密度问题，安全性更高，导致磷酸铁锂的市场份额发生了一些变化。目前，磷酸铁锂电池在中国的装机量已经开始增加，甚至特斯拉和比亚迪的旗舰车型也开始从三元锂电池转向磷酸铁锂电池。今年3月29日，比亚迪正式发布了blade电池，还声明这款电池将首先安装在比亚迪汉上。使用刀片电池后，BYDIHAN的NEDC续航里程将超过600公里。2015年比亚迪在其宋DM车型上也使用了三元锂电池，2017年推出的秦EV和e5车型也使用了三元锂电池，说明比亚迪在技术路线上也有过挣扎。而现在比亚迪韩EV <韩EV、比亚迪宋Plus等旗舰车型都将采用刀片电池，这也可以看做是比亚迪延续磷酸铁锂电池道路的决心。

“在刀片电池发布会上，比亚迪副总裁贺龙说，‘几乎所有你能想到的汽车品牌都在讨论基于刀片电池技术的合作计划……ogy和我们一起。相信你很快就会看到听到更多关于刀片电池的振奋人心的消息。除了比亚迪，全球最大的电动汽车制造商也将采用磷酸铁锂电池。".5月22日，工信部发布第333批“道路机动车生产企业及产品”名单，其中特斯拉Model 3再次出现。从报道的信息来看，这款Model 3的电池换成了磷酸铁锂电池。

▲国产Model 3使用磷酸铁锂电池。据了解，特斯拉的磷酸铁锂电池将由宁德时代提供。据媒体报道，宁德时代磷酸铁锂模块每千瓦时成本已降至500元以下，电池组成本将低于600元。此前，特斯拉使用的高镍锂三元电池每千瓦时成本在1000元左右。因此，国产Model 3的价格有望进一步下降。目前，特斯拉的全球销量已经超过100万辆，而比亚迪的电动汽车全球销量正在逼近100万辆。这两家公司是世界上最大的两家电动汽车制造商，它们都使用磷酸铁锂电池。这将对其他汽车公司产生重大影响，未来可能会有更多的汽车公司选择磷酸铁锂电池。由于这些原因，磷酸铁锂电池的装机容量也在稳步增加。中国汽车动力电池产业创新联盟发布的数据显示，2020年4月，我国三元电池装机量约为2.6GWh，占比73.2%，同比增长17.8%。磷酸铁锂电池装机容量0.9GWh，占比25.8%，环比增长74.1%。虽然目前磷酸铁锂电池销量的增长主要与商用车产销量的增长密不可分，但随着国产Model 3和比亚迪韩逐步推出磷酸铁锂电池，很可能会有更多整车企业采用磷酸铁锂电池，磷酸铁锂电池的市场份额也将进一步提升。4、未来三元锂电池实现技术突破有三大方向。看到这里你可能会问，这样下去三元锂电池是不是没希望了，未来最终是磷酸铁锂的天下吗？然而，事实并非如此。很多电池企业已经认识到三元锂电池存在的问题，正在积极寻求解决方案。宁德时代也可以通过加强电池外壳来应对针刺实验，也曾展示过其三元锂电池通过针刺实验的视频。但是三元锂电池的发展确实已经到了瓶颈，需要更多的技术突破来维持发展。LG化学、蜂巢能源和三星已经在研究新技术。今年3月4日，在通用汽车的“EV周”活动上，通用汽车与合作伙伴LG化学推出了一款新的电池产品Ultium。

▲这款产品的核心并不是外界一直炒作的电池组技术。关键是Ultium电池的电芯将采用LG化学研发的最新NCMA锂四元电池。这种电池的技术原理是在NCM三元锂正极材料中混入少量的铝，使原本活性较高的镍三元正极材料在保持较高能量密度的同时，保持相对稳定的状态。在这一转变过程中，原NCM三元体系的Li [Ni Co Mn] O2正极材料体系已经转变为Li [Ni Co Mn Al] O2(正极材料的化学组成已经改变)。通过添加过渡金属铝形成的Al-O化学键的强度远大于Ni (Co，Mn) - O化学键的强度，这增强了正电极在化学性质方面的稳定性，从而在多次循环后保持NCMA四方电池从H2到H3的不可逆相变的电压稳定。此外，锂在正极脱嵌过程中不易释放氧，减少了过渡金属的溶解，提高了晶体的稳定性……l结构。稳定的晶体结构减少了充放电循环期间正极材料中微裂纹的形成，并抑制了正极阻抗的上升速度。同时，研究表明，NCMA阴极材料的放热反应峰值温度为205摄氏度，高于NCA阴极材料的202摄氏度和NCM阴极材料的200摄氏度，这意味着NCMA阴极材料的热稳定性更加优异。

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▲值得注意的是，GE与LG合作的电池中，NCMA四元正极材料中最昂贵的元素钴的含量从NCA/NCM 622的20%下降到5%，进一步降低了成本。根据LG和通用汽车公布的数字，NCMA 4元电池的量产成本为100美元(约合694元人民币)，而此前LG化学的NCM 622的量产成本约为148美元(约合1027元人民币)。原本在NCA/NCM三元锂电池上难以同时实现的高能量密度、高稳定性、低成本特性，在NCMA四元锂电池上实现了。对于动力电池产品，NCMA的量产将掀起技术路线升级的浪潮。5月19日，长城汽车的动力电池公司蜂巢能源(Honeycomb Energy)发布了一款L6薄无钴长电芯，完全去除了锂三元中最昂贵的钴元素。蜂窝阳离子掺杂技术是用两种化学键能更大的元素代替钴掺杂到材料中。通过加强化学键稳定氧八面体结构，减少锂镍混合，提高材料的稳定性，可以在4.3V-4.35v的电压范围内稳定工作，产生更高的能量密度和更低的成本。

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▲蜂巢能源L6薄无钴长芯。同时，蜂巢能源还采用了单晶技术。与多晶材料相比，单晶材料在轧制过程中具有更强的颗粒强度和更稳定的结构，其抗压能力可以提高10倍。正因如此，无钴材料的使用寿命会更长，电芯寿命也比多晶高镍三元材料高70%。此外，蜂巢能源还采用纳米网络包覆技术，在单晶表面包覆一层纳米氧化物，可以减少正极材料与电解液之间的副反应，有效提高高电压下的材料循环性能。在这三项技术的支持下，蜂巢能源的无钴电池降低了生产成本，提高了电池的安全性和使用寿命，也将成为锂三元电池的下一步发展方向之一。除了四元锂电池和无钴电池，还有一些电池公司在研究固态锂电池。顾名思义，固态电池的核心是将液态电解质转化为固态电解质。固体电解质不会自燃，无腐蚀性，不泄漏，不挥发，不会引起车辆自燃，安全性非常高。但目前，固态电池的生产技术仍是一大难点。目前，固态电解质的电导率普遍低于液态电解质，固态电池的性能目前较低。然而，三星在3月份报告说，它在全固态电池的大规模生产方面取得了突破性进展。据介绍，三星的全固态电池将实现900 Wh/L的能量密度(不同于Wh/kg的计量单位，由于材料密度不同，两者无法换算)，1000次以上的充放电循环，99.8%的库仑效率(又称充放电效率)。虽然中国目前相对先进的固态电池技术也可以实现1000次以上的充放电循环，但是，就库仑效率而言，仍然没有接近100%。

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此外，三星还推出了银碳复合负极、不锈钢(SUS)集流体、辉石型硫化物电解质和特殊材料涂层来处理……固态电池的负极、电解液、正极，有效解决了固态电池量产面临的锂枝晶生长、库仑效率低、界面副反应等核心问题，进一步推动了固态电池技术的产业化。总的来说，电池企业并不愿意放弃锂三元电池的高能量密度，所以一直在努力研发锂三元电池的变体。在他们的不断努力下，四元锂电池、无钴电池、固态电池等新型电池的量产指日可待。在下一阶段的竞争中，三元锂电池的变体也可能引领电池行业的发展方向。结论:现在给锂离子电池判死刑还为时过早。关于磷酸铁锂电池和锂离子电池技术一直争论不休。宁德时代和比亚迪这两家国内动力电池厂商，坚定地走差异化道路。然而，近年来，虽然磷酸铁锂电池的安全事故开始增多，但磷酸铁锂电池也有了明显的上升，特斯拉采用磷酸铁锂电池更是引起舆论哗然。一度三元锂电池将被判死刑，三元锂电池之死等评论比比皆是。但基于实际情况，三元锂电池仍有可能是出货量最高的电池类型。磷酸铁锂电池因其安全性会获得一定的市场，但不能完全颠覆三元锂电池。更何况目前三元锂电池的玩家还在研究三元锂电池的升级。随着更高安全性、更低成本和更高能量密度的三元锂电池的更多变体的出现，三元锂电池将继续繁荣。所以对三元锂电池判死刑还为时过早。

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