纯电动车的悲哀：下一代电池何时到来？

　　锂电池一般以电池所采用的正极材料命名。而三元锂电池与磷酸铁锂电池的主要区别也在正极材料。磷酸铁锂材料是目前最安全的锂离子电池正极材料，但其额定电压是3.2V，在目前的主流正极材料中处于下游，所以磷酸铁锂电池的能量密度相对较低。而锂镍钴锰等三元锂电池正极材料的额定电压普遍超过3.5V。
　　虽然三元锂电池的能量密度表现更好，但三元锂电池的自燃温度在200℃左右，远低于磷酸铁锂500-800℃的自燃温度。另外，三元锂材料的化学反应更加剧烈，会释放氧分子，在高温作用下电解液会迅速燃烧，发生连锁反应。这也是搭载三元锂电池的纯电动车频繁自燃的原因。而三元锂电池的电解液本身就是易燃物，所以从材料的角度出发，三元锂电池的安全问题无法根治。
　　在新能源汽车产业发展的各个阶段，每个评价维度的权重也不同。在纯电动车发展初期，里程焦虑是头等难题，能量密度更高的三元锂电池成为香饽饽。随着动力电池工艺改进，纯电动车续航追平燃油车，安全性成了新的问题。而在锂、钴等动力电池原材料价格持续波动的当下，成本问题也开始凸显。
　　令人遗憾的是，当电池安全性成为焦点时，市场上并未出现全新的电池以取代三元锂电池。2020年以来，特斯拉、小鹏等车企接连开始转向磷酸铁锂电池。即使磷酸铁锂有刀片电池、CTP等技术的加持，但从电化学材料的角度来看，市场选择能量密度更低的磷酸铁锂是一种妥协。
　　磷酸铁锂材料本身的能量密度提升，已触及天花板。
关于宇通客车相关车型的信息来源：工信部
　　众所周知，锂电池由正极片、负极片、隔膜、电解液、结构件等元件构成，锂电池的充放电通过锂离子在正负极之间的移动实现。在单位体积和重量的条件下，搬运更多能量或储存更多锂离子的电池能量密度就更高。
　　在这样的前提下，提升锂电池能量密度的路径就包括：1、在单位体积和重量条件下，让锂离子的搬运活动更频繁。2、在单位体积和重量条件下，塞进更多锂离子。而比亚迪刀片电池及宁德时代CTP技术就是通过改进锂电池电芯结构以实现能量密度的提升。这相当于在商品房里减少公摊面积，增加住房的实际面积，对锂离子来说是个好事。
　　当前，由于三元锂电池在安全性、成本等方面的劣势，磷酸铁锂电池依旧有巨大的市场需求。固态电池等新型电池量产仍未有具体时间线，部分电池厂商选择继续在磷酸铁锂电池上下重注。
　　2021年初，宁德时代中国区乘用车解决方案部总裁项延火就曾表示，宁德时代计划通过对磷酸铁锂材料体系的设计与挖掘，将磷酸铁锂电池的能量密度提升至200Wh/kg-230Wh/kg。此外，比亚迪也曾表示磷酸铁锂电池材料仍有提升空间，在单体能量密度上也会通过材料体系和工艺的优化继续提升。
　　但从宁德时代的表态来看，磷酸铁锂电池未来能量密度的提升将更多从电芯结构入手。据项延火介绍，宁德时代目前正在开发第二代平台化的CTP电池系统，计划于2022年-2023年投放市场。
　　磷酸铁锂这条技术路线上，未来的终极解决方案或许是类似于宁德时代CTC（Cell To Pack，将电芯集成到电池包）技术的电芯结构。宁德时代预计于2025年在车辆上应用CTC技术。
　　即使改变电芯结构后的磷酸铁锂电池能量密度仍有提升空间，但当前三元锂电池的能量密度仍以每年超过10%的增长率提高，等到2025年，采用CTC技术的磷酸铁锂在能量密度上将被三元锂电池甩开一大截。
　　磷酸铁锂前途未卜，改进三元锂电池材料成为另一条突围路径。当前，LG化学与宁德时代等厂商都在探索超高镍三元锂电池，四元电池及811电池就是这条技术路线的产物。通过提高三元锂电池中镍元素的比例，可以将电池能量密度进一步提升并降低原材料成本。
　　据前述接近宁德时代人士测算，未来超高镍电池能量密度有望到达350Wh/kg。但在镍含量超过 90% 后，电池的热稳定性会迅速下降，同时容量保持率也开始下降。也就是安全性降低、更容易衰减。
　　当前，改善高镍三元电池安全性的主要方式是提升其结构稳定性。通过用镁、钛等元素掺杂和金属氧化物的包覆以稳定电池的层结构。但这个解决方案并不完美，掺杂和包覆用量多会很大程度降低材料的容量，过少就不能很好地稳定材料的结构，因此无法从根本上解决高镍三元材料的安全性问题。
　　在这样的情况下，一个既能保持电芯能量密度又可兼顾安全性的过渡性方案出现了--固混电池。通过将电池中的电解液换成固态电解质与电解液混合的状态，可大幅提升电池的安全性。
　　因此，想提升固混电池的能量密度，仍需在正负极材料上做文章。
　　

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