三元锂电池介绍三元锂刚弄懂，四元锂电池又是什么鬼？容量，寿命，安全性突飞猛进|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

三元锂刚弄懂，四元锂电池又是什么鬼？容量、寿命、安全性突飞猛进

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说起来这已经是我第三次参加蜂巢新能源的活动了，在见识到了 9DCT 和 50% 热效率的发动机；参观了保定的蜂巢能源工厂之后，我又来到了常州，参加蜂巢能源的金坛车规级动力电池 AI 工厂的开工仪式。

车规级？ AI ？什么意思？

先来简单了解下这座工厂：蜂巢能源位于金坛的工厂建筑面积 54 万平方米，投资 80 亿元，产值达超 130 亿元，分三期建设，总产能规划 18 GWh。本次投产的一期项目规划产能 4 GWh，二期项目规划产能 8 GWh，预计 2020 年年底投产，随后将进行三期 6 GWh 产能的建设。

而蜂巢能源拥有汽车动力电池材料、电芯、模组、PACK、BMS、大容量储能系统及太阳能研发和制造的能力，未来不光会为自家欧拉、长城、WEY 、炮品牌提供动力，还会涉及国产汽车企业及欧美市场和高端 OEM（俗称代工）配套体系。按照这个目标，未来金坛工厂的地位不言而喻。

看到这个工厂的“Title”，可能大家会好奇“车规级”和“AI”到底体现在什么方面，既然你是个电动车电池工厂，难不成还要自降身份做消费级的产品？

其实我们大可以把“车规级”理解为一个更高更强的标准体系，毕竟一辆电动车所需要的电池是传统消费电子电池 200 倍以上，使用的温度和环境也大不相同，所以需要高一致性，低容错率，高性能，高安全性，高可靠性等特殊特性的电池。蜂巢能源的目的是把车用锂电池的标准竖起来，与消费级工艺和标准拉开距离，让消费者用上更安心的产品。

至于“AI”，更多的是体现在智能化的质量检测上，传统消费类电池的生产仅在部分工序使用 AI 技术，采用 MES 系统管控，管控因子一般在 1500 个左右，而蜂巢能源应用 AI 智能技术，形成了更加完备的制程追溯系统，通过人、机、料、法、环、测、时间等 7 维制程管控，实现过程超过 2500 个因子的监控，并可追溯到单电芯每个制程的过程数据，利用 AI 智能寻找最佳参数，从而降低故障率，提高设备稼动率，从制程因素方面降低电芯安全失效的风险。

一张图了解电池工艺步骤

这张工厂车间平面图虽然看起来花里胡哨的，但其实非常清晰地表明了电池生产的步骤，前部分是电芯的生产过程，后部分是电芯的组装。

由于这部分内容我在之前的文章有详细的介绍，这里就不多说了，总之做电芯就是做虎皮蛋糕，想多了解的可以点这里回顾一下。

有哪些产品？

目前欧拉 R1 和明年亮相的 R2、WEY P8、WEY VV7 家族、电动版炮皮卡等产品都用的是蜂巢能源的电池，未来据说光束汽车的电池也会由蜂巢能源来提供。

虽说自家产品用的是方块电池，但蜂巢能源的目标毕竟是星辰大海，对于市面上主流的软包电池也有布局，并且对于各种能量密度、容量的电池都有所准备。

四元电池、无钴电池和叠片

比起智能化的工厂，蜂巢新能源给我感触最深的还是他们对未来的规划，这是我在其他车企的活动上很少看见的。

总的来说，蜂巢能源的未来围绕着四元电池、无钴电池和叠片工艺稳步前行。

相信我不用再给大家解释什么是三元电池，不过四元电池还是要解释一下的，NCMA 四元材料的做法，是在高镍三元的基础上增加铝元素，同时改变石墨负极的常规做法，增加硅碳层，使得负极嵌入和脱出离子的能力以及在高倍率充放电时枝晶产生的概率大大降低。

据介绍，相较于 NCM811 材料，四元材料最终呈现在动力电池上就是容量更高、寿命更长、安全性更好。相关产品蜂巢计划于 2022 年 11 月开始 SOP。

另外是无钴电池，之前我们讲过，钴金属很贵，并且全球 66％钴产量都出自政局不稳定的刚果（金）。并且钴元素并不参与电化学反应，所以在高镍的同时，降低钴含量，是提升能量密度和降低成本的好方法。

电芯无钴化关键技术有两个，一是掺杂无未成对的电子自旋的特定元素，减弱电子超交换的现象，降低 Li/Ni 混排（关于阳离子混排，点击这里了解），提高电性能；二是掺杂 M-O 键能大的元素，减缓晶体在充放电过程的体积变化，稳定结构，提高循环寿命和安全性。

无钴电池不仅能提高电性能，还能提升寿命和提高安全性，一举两得。无钴材料性能可以达到 NCM811 同等水平，材料成本降低 5~15%，相应带来的电芯 BOM 成本可以降低约 5%，且会让材料不受战略资源影响。蜂巢能源预计将在年底前完成材料开发，在2020年3月完成材料体系的进一步优化，4月实现材料中试，8 月体系定型，2021 年 11 月将实现无钴电芯的 SOP。

左边表示正常的锂离子、镍离子位置，右边是发生了阳离子混排的情况

至于叠片工艺，我在之前的文章也介绍过，是类似千层饼的电芯排列方式，对比目前流行的、技术成熟的卷绕式（类似花卷），拥有能量密度高、结构稳定性好、安全性好和循环寿命长的特点。而蜂巢能源的“高速叠片”工艺，最大的优点就是快，传统叠片工艺效率为每片 1 s，而蜂巢的一期产线已将效率提升至单工位 0.6 s ，二期可实现 0.45 s 高速叠片，并且还在开发单工位 0.25 s 的超高速叠片工艺。

邦点评

此次金坛工厂开工仪式，并不是像之前我们参观保定的工厂一样，是个小而精的技术解读，要我说的开工仪式是个大而美的开始，这一个下午我们经历了两个群访+工厂参观+开工仪式，可想而知每个项目都是走马观花一笔带过。

但这反倒让我对蜂巢乃至长城的未来计划有了更明确的认识，目前的欧拉剑走偏锋但反响不错，WEY 的插混车型也懂得顺势而为不再高高在上，光束汽车这两天刚出来喜讯，蜂巢刚成立不久就拿到了不少订单……让长城的新能源看起来和他的 SUV 一样前景辽阔，这也需要长城自己拥有完整的三电技术制造和生产储备，才能更好地应对未来的发展，蜂巢能源任重而道远，不过我们相信它的实力。

电动邦

何为三元锂电池？

1、概念：

三元聚合物锂电池是指正极材料使用锂镍钴锰三元正极材料的锂电池。

锂离子电池的正极材料有很多种，主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。目前三元材料的电芯代替了之前广泛使用的钴酸锂电芯，在笔记本电池领域广泛使用，近几年来三元锂电池也开始在电动汽车邻域使用。

2、优点：

相较于磷酸铁锂电池、锰酸锂电池，它容量高、寿命长、电瓶重量轻；在容量与安全性方面比较均衡的材料，循环性能好于正常钴酸锂；其前期由于技术原因，标称电压只有3.5-3.6V，在使用范围方面有所限制，但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，在容量上已达到或超过钴酸锂电池水准。

——特斯拉对三元锂电池为何如此青睐：

特斯拉尝试了市面上超过300种电池后，选择三元锂电池的理由是其能量密度更大且稳定性、一致性更好；可以有效降低电池系统的成本；尺寸小可控性和安全性都不断提高。（来自于特斯拉电池技术总监KurtKelty）

3、劣势：

造价较高；应用在电动汽车上时需要极为严格的电池管理系统，仅有特斯拉等国外少数车型大量使用，我国电动汽车邻域还是以磷酸铁锂电池为主，不过少数电动汽车厂商也已经逐渐开始应用。

4、发展：

全球5大电芯品牌SANYO，PANASONIC，SONY，LG，SAMSUNG已推出三元材料的电芯（可见世界一流的三元锂电池技术集中于日韩），相当部分的笔记型电池线都用三元材料的电芯替换了之前的钴酸锂电芯，SANYO，SAMSUNG柱式电池方面更是全面停产钴酸锂电芯转向三元电芯的制造，目前国内外小型的高倍率动力电池大部分使用三元正极材料。

5、我国电动车使用三元锂电池的例子：

——北汽的新能源车绅宝EV采用的三元锂电池在结构上采用铝塑软包装，容量较同等尺寸规格的钢壳锂电高10～15%、较铝壳电池高5～10%；而重量却比同等容量规格的钢壳锂电轻40%、较铝壳电池轻20%；厚度可以做到1mm以下；电瓶可根据客户需求增加或减少电芯厚度；遇撞击最多只会发生气鼓，可确保安全；内阻小，极大的降低了电池自耗电。

——奇瑞为eQ电动车准备了一套全新的电池组件。核心的电池组为三元锂电池包，充电能量比过去提升30%，为提高电池组的性能还专门匹配了一套32位元的电池管理系统，大大增强整车的续航能力，最大续航里程可以达到200公里。

以点带面不难理解，我国在三元锂电池方面的研发甚至应用方面都取得了不错的进展，但和国际一流的水准差距还是比较明显的，毕竟2009年奥巴马政府已经把三元锂电池列入新能源补贴领域。但我国对新能源的发展是有迫切的现实诉求的，所以生态环境方面的倒逼会极大促进新能源的发展，三元锂动力电池作为新能源的一个微小但重要的邻域也将迎来快速发展期。

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