三元锂电池能量密度三元电池能量密度已达206Whkg，车企却不买账|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

三元电池能量密度已达206Whkg，车企却不买账

电车汇 消息：在最新一批新能源汽车推荐目录中，一汽集团申报了新款红旗E-HS9，搭载宁德时代生产的三元电池，系统能量密度高达206Wh/kg，电池容量为120KWh，工况续航达690km。在磷酸铁锂电池还在140Wh/kg附近徘徊之时，宁德时代再次拉开了三元电池与磷酸铁锂电池的差距。

虽然三元锂电池能量密度更高，看起来优势会更加明显，但最终反映在整车续航和车企对电池的选择上，却是另一番景象。

高能量密度≠长续航

过去由于充电基础设施不完善，整车续航里程也不长，让大家一度产生续航焦虑。但到了如今，充电设施跟上了，整车续航500km以上也是常态。续航里程虽然仍是非常值得关注的点，但更重要的却是安全问题。“电池能量密度越高，发生安全问题的概率也越高，出现问题之后的后果也越严重”，一位电池专家向电车汇表示。

从今年的推荐目录来看，其中不乏搭载高能量密度电池的车型，在本批目录之前，能量密度最高的是国轩高科，为北汽和长安两款车型配套的电池能量密度均超过200Wh/kg。

截至目前，进入了推荐目录的车型中，配套电池能量密度最高的20款车型电池供应商主要是宁德时代、SKI、国轩高科、孚能科技、中航锂电。

但实际情况是，高能量密度的电池配套的车型续航里程并不是最高的。本批目录续航里程最长的车型是极氪001，达到了712km，这也是进入了推荐目录车型中的续航里程新纪录，但是这款车型的电池能量密度为176.6Wh/kg。

与三元锂电池动辄180Wh/kg以上的能量密度不同，用在乘用车上的磷酸铁锂电池系统能量密度一直都在140Wh/kg左右徘徊，本批目录欧拉好猫申报的一款车型搭载了蜂巢能源配套的磷酸铁锂电池，能量密度为143.4Wh/kg，为目前的最高值。

而搭载磷酸铁锂电池的车型续航里程也并不少，最新申报的车型续航里程大多也能超过500km，而目前续航里程最高的10款车型中，比亚迪独占了8款，均用的是比亚迪刀片电池，最高续航里程已经达到了605km，已经完全赶上了搭载高能量密度三元电池的车型。

不起火、不冒烟电池层出不穷

从去年比亚迪公开了刀片电池针刺试验之后，一众整车企业和电池企业纷纷模仿，各种“不起火”试验层出不穷。

电池企业中，宁德时代在去年10月份就宣布开发出“永不起火”的NCM811三元锂电池，广汽埃安联合中航锂电推出弹匣电池，蜂巢能源近期宣布研发出“大禹电池”，这些电池的的共同点就是在公开的试验中不起火或者不冒烟。

整车企业中，极氪、岚图也都公开了自己的电池热失控试验，试验结果都是无冒烟、无起火和爆炸现象。

上汽R汽车ES33虽然在2022年才会上市发布，但已经率先对外发布声明，称已经能够实现L0级别零热失控管理，通过云端实时监控高效主动预警，可以将电池包因电芯问题导致的热失控概率，控制在无限接近于零的范围内，做到“永不自燃”。

实际上，无论是车企还是电池企业，他们所做的试验主要都是针对的三元锂电池，以打消消费者对电池安全的担忧。但是行业整体数据却是，从去年至今，乘用车搭载磷酸铁锂电池的车型一直在稳步增多。

电池产业联盟公布的装机量数据也是如此，今年上半年，磷酸铁锂电池的装机量增速超过三元电池一倍以上，磷酸铁锂电池的装机量占比已经达到了42.3%。这样的数据结果充分说明，在电池企业追求提高三元电池能量密度的同时，整车企业已经在优先选择磷酸铁锂电池。

文章摘自电车汇 20210720 发自北京

中科院院士孙世刚：现有锂离子电池的能量密度已接近理论极限

尽管蓬勃发展甚至引领世界，我国锂电产业的发展仍需立足技术创新，居安思危。

11月9日，在中国(遂宁)国际锂电产业大会暨新能源汽车及动力电池国际交流会上，中国科学院院士、厦门大学教授孙世刚表示，我国锂电产业现有的发展面临着资源、能量、安全、使用环境等四方面重大挑战。

首先是资源的消耗。据孙世刚介绍，目前，生产1KW锂离子电池要使用用0.5kg锂，根据美国地质勘探局最新的调查数据，世界金属锂的储量为1350万吨左右（锂资源储量总计约3950万吨），仅可用100多年。我国锂资源在全球排第六，资源以盐湖为主，锂含量低，镁锂比高，提取难度大，70%的锂依赖进口，而预计到2025年我国锂电产能将达到约3900GWh，预计需要约39万吨锂金属。

其次是现有锂离子电池能量密度已经接近理论极限。“电池的能量密度与电池的原理有关，比如锂离子电池的能量密度跟反应电子束、活性物质的重量和密度都有关系，”孙世刚说，“目前的锂离子电池的能量密度是接近了天花板。”

据了解，目前主流的磷酸铁锂电池的能量密度在200Wh/kg以下，三元锂电池的能量密度在200-300Wh/kg之间。锂离子电池的能量密度远不能满足重大发展的需求，限制了多场景的应用。要提高无人机等装备的航速和航程，都需要大幅度提高电池的能量和功率密度。

值得一提的是，就在上月，美国国家航空航天局（NASA）宣布其研发成功了硫硒纯固态电池，电解质材料利用廉价并易获得的硫，不含液体，电池能量密度达到了500Wh/kg，是目前特斯拉4680圆柱形锂离子电池的约两倍。NASA宣布，该技术未来将在电动飞机上推广。 ·

孙世刚指出，现有锂离子电池面对的挑战还包括安全事故多发。锂离子电池容易发生电池热失控，通常的原因包括过充诱发电池正极材料产气使得电池胀裂，快充导致电池负极析锂诱发短路，以及快充快速升温从而使电解质液体燃烧。

最后是电池使用环境受限，在低温环境中，锂离子电池的电解液黏度会变大，离子迁移速度变慢，充放电能量急剧衰减。高温状态下，电池正负极界面膜不稳定，导致材料结构破坏，产气易爆。而在深空、深海等应用场景，都需要电池具有更高更宽的温度范围。

因此，针对资源、能量、安全、极端环境的四大挑战，孙世刚表示，从技术创新的角度，需要在材料、界面、传输、系统等四个层面予以解决。

首先提升电池体系的能量密度，包括构建高容量高电压正极，高容量低电压负极。正极材料的选择上，将由钴酸锂到磷酸铁锂，到高镍三元材料，最终往硫、氧元素方向发展。在负极材料的选择上，由现有的石墨，到硅，最终往锂金属发展。不过，使用锂金属负极和高电压正极也会带来安全性的问题。

“以锂金属负极来说，锂的理论比容量很高，能够达到3000mAh/g，但是使用中容易形成锂枝晶刺穿电池隔膜，形成电池短路。而正极的高压高比容量材料不稳定，高电压电极材料结构容易破坏，同时造成电解液分解。

孙世刚说，对于锂金属，不光是基础研究领域，业界也做了很多试验性尝试，例如构筑人工SEI膜，构筑三维结构金属负极，调控锂金属电极和电解液的界面，从而提高电池的循环寿命。“终极目标是加入添加剂，调控材料生长的过程，使它不长成枝晶，但这方面的研发非常难，需要大力发展下去。”而在正极材料方面，则需要通过调控层状正极材料的表面结构，强化锂离子传输过程，从而显著提升锂离子电池的能量密度和功率密度。

而为了进一步地提高电池安全性能，目前的研究还包括强化锂离子电池中的“三传”过程，包括强化锂离子传输通道，维持材料在微观尺度下的结构稳定；强化电子传输通道，维持电极和电池的导电网络；强化电池热传出，抑制电池热失控。

在下一代锂电池的路线上，孙世刚介绍了锂硫电池，锂-空气电池、锂-氟碳电池等技术，而在对下一代非锂电池的展望中，钠离子电池也被孙世刚看好。钠在地球上储量排在第六位，具有与锂相似的化学性质，但由于钠原子半径更大，电化学势比较低，钠离子电池能量密度上与锂离子电池相比有先天劣势。钠离子电池的发展需要在储钠新材料、新型电解液方面有所突破。

“目前一些传统的负极硬碳材料已经实现产业化，正极的层状氧化物、普鲁士蓝材料也进入市场。但钠离子电池要进一步提高性能，降低成本，要能够像锂离子电池一样实现大规模利用。”孙世刚说。