内行人支招，买新能源车，选磷酸铁锂还是三元锂电池？

消费升级背景下，大家买车追求的东西也越来越细致，比如以前买车只求大空间，实用性，现在买车愈发看重智能科技配置，包括L2系统、AR-HUD系统等，时下新能源时代，续航和电池安全性等方面都是大家的关注点，甚至越来越多购车消费者开始注重车辆的电池种类，一辆车是磷酸铁锂电池，还是三元锂电池，很多时候直接成为购车的关键决定因素，今天喵哥就来跟大家说一说，买车究竟是选磷酸铁锂电池，还是三元锂电池。

我们先来看看磷酸铁锂电池和三元锂电池是如何区分的，其中磷酸铁锂电池是指正极材料以磷酸亚铁锂为材料的电池，这类电池在热稳定性、安全系数、生产成本等方面有着不错的表现，所以在新能源车行业起步阶段，磷酸铁锂电池成为了很多厂家首选的电池。

不过磷酸铁锂电池的缺点也很明显，尤其是能量密度，太受限制。据悉，磷酸铁锂电池单体的能量密度通常在90-120Wh/kg之间，跟三元锂电池的200Wh/kg有很大的差距。而电池能量密度越高，意味着车辆的续航越长，所以前一两年整个新能源车市场在追求长续航的背景下，磷酸铁锂电池的市场热度不断下降，磷酸铁锂电池和三元锂电池的装车量逐年下降。

乘联会有数据统计，2015年左右磷酸铁锂电池的装车量占比有41%，三元锂电池装车量占比是58%。而到了2018年，前者装车量占比为11%，后者则是89%，可以说，早前新能源车市场基本是三元锂电池的天下。

三元锂电池装车量能赶超磷酸铁锂电池，原因不只是因为能量密度更高，还有更好的低温适应性，在低温环境下能更有效地保住电量，同时充放电性能也更强，电池一致性更好等等，所以之前在磷酸铁锂电池性能普遍较低的情况下，三元锂电池几乎是唯一的选择。而三元锂电池的性能更优越，主要与其原材料有关，正极材料是锰酸镍钴锂或铝酸镍钴锂。

三元锂电池的优点显而易见，但是不代表它没有缺点，比如热稳定性差，三元锂电池正极材料的分解温度在200℃左右，而磷酸铁锂电池的分解温度是700℃，这也在一定程度上说明，如果电池遇到高温，三元锂电池更容易起火，磷酸铁锂电池有着更好的稳定性。

此外，三元锂电池的循环寿命也更短，只有1000次左右，而磷酸铁锂电池的寿命是2000次以上，所有磷酸铁锂电池更耐用，在此基础上，三元锂电池的生产成本也更高，间接提升了车辆的市场售价。

看到这里，相信你也总结出一个规律，磷酸铁锂电池和三元锂电池是各有各的优势，两者都不完美，但是两者都有可取之处。

哪个最好？

磷酸铁锂电池与三元锂电池哪个更好，喵哥认为还是让市场来说了算。根据数据统计，2022年三元锂电池的累计销量有193.5GWh，同比增加143.2%，在电池总销量中占比达到41.6%。而磷酸铁锂电池的累计销量有271.0GWh，同比增长155.7%，占总销量58.2%。

另外在今年1-4月份，三元锂电池装车量是28.9GWh，同比增长12.3%，占总装车量31.7%，而磷酸铁锂电池装车量是62.0GWh，同比增长60.2%，占总装车量68.2%。

通过这些数据可以看出，磷酸铁锂电池在市场上越来越受欢迎，装车量稳步上升。而磷酸铁锂电池市场热度超越三元锂电池的原因，有多个方面的影响。

首先，今年国补已经永久退出历史舞台，加之材料价格上升，车企需要想办法降低造车成本，而磷酸铁锂电池显然更具优势。而关于三元锂电池和磷酸铁锂电池的生产成本，去年也有数据统计，容量为60kWh的电池，三元锂电池的成本是4.8万元，磷酸铁锂电池的成本是3.6万元，两者之间差距就是1.2万元，并且这价格差还会随着环境影响有所波动。

然后是磷酸铁锂电池技术在不断进步，比如采用比亚迪刀片电池、CTP封装技术等，使得电池的能量密度在不断提升。与此同时，得益于电池封装工艺的改进，电池的单位体积利用率也更高，能量密度带来的单位电池成本会有所下降，也就是说，现在磷酸铁锂电池在技术不断提升的同时，生产成本也在不断降低，所以从性价比来看，磷酸铁锂电池显然更适合市场需求。

也因为磷酸铁锂电池更具性价比，近两年越来越多主流车企的车型开始换成了铁锂电池，比如比亚迪搭载刀片电池的车型、小鹏G3i、P5，以及特斯拉Model3和Model Y等车型都推出了铁锂版本。不过这些铁锂版本更多是车系的低配版本，高配版本仍然主要用三元锂电池。

结语：

凡事都是一把双刃剑，新能源车的动力电池也不例外，磷酸铁锂电池和三元锂电池没有绝对的好坏，只有适不适合。如今随着磷酸铁锂电池的性价比越来越高，在市场上的受欢迎度也在不断上升，装车量不断在升高。不过对于定位更高端的车型来说，因为需要更强的性能，更顶尖的续航里程，所以它们仍在采用三元锂电池。

锂电池之争，三元还是磷酸铁

似乎这是一场已经分出结果的战争，尤其是国家补贴新政对电池能量密度提出要求之后，在小型乘用车领域，三元锂电池已经全面取代磷酸铁锂电池。但这是否能够证明三元锂电池比磷酸铁锂电池更加优秀，代表了未来电池的发展方向？

☆先来了解锂电池

我们现在使用的锂电池都是锂离子电池，此外还有锂金属电池，以锂金属或锂合金作为负极材料的一种电池，最早在1912年便由Gilbert N. Lewis提出，当时的锂金属电池为一次电池（不可充电），由于相比当时的其他电池，锂金属电池对加工、保存的要求高，因而没有成为主流。

而锂离子电池则比锂金属电池年轻许多，它采用锂的金属氧化物作为正极，于20世纪70年代诞生，但直到90年代，随着电子产品的快速发展，对高功率、高能量密度电池的需求增大，锂离子电池才开始成为主流。并且，锂金属电池随着技术发展，近来有开始复兴的趋势，但还未形成潮流，本文主要讨论的对象三元锂电池和磷酸铁锂电池均为锂离子电池，除此之外，算上钛酸锂电池，这三种电池是主流的车用动力电池。

☆锂离子电池的结构

锂离子电池的主要结构包括正、负极、电解液、隔膜和其他一些附件。其中正极材料是研究的重点，三元锂和磷酸铁锂均描述了锂离子电池的正极材料。而当前应用的负极材料主要为石墨，结晶度高，导电性好，对锂离子的容量大，达到了372mAh/g，大大超过了正极材料的容量，这也是为什么现在主要研究正极材料的原因。

锂电池的电解液与传统电池（铅酸电池、镍镉电池等）不同，不采用以水为溶剂的电解液，因为水的了理论分解电压只有1.23V（想想上一期的燃料电池单电池理想电压），因此，以水为电解液的电池电压最高不过2V左右。而锂电池的电压在3-4V左右。常用的电解质材料为无机阴离子锂盐，LiBF4、LiPF6、LiAsF6这三类。溶剂则有酯类、醚类和飒类。

隔膜则是起隔断电子和透过离子作用，使电子必须从外电路迁移，而离子则可以通过电解液移动，保证外电路有电流通过，防止电池内短路。隔膜材料有单层PE、单层PP、三层PP等。

☆锂离子电池充放电的基本原理

先明确两个概念，一，电池是将氧化还原反应的化学能转化为电能的装置。典型特征就是电极上反应物得失电子，通过外电路流动，进而便产生了电流。正负极之间的电荷传递是通过电解液中阴阳离子的运动形成的。

二，二次电池是指可多次再充放电的电池，其内部发生的电化学反应是可逆的。电池放电，内部的A物质变成B物质，化学能变成电能；而充电时，B物质又能够变回A物质，电能变成化学能储存。

充电时锂离子从正极材料的晶格中脱出经过电解质嵌入到负极材料层中；放电时锂离子从负极材料晶格中脱出，经过电解质嵌入到正极材料中。而电子则通过外电路，形成电流。

锂电池充放电反应过程为：

式中，Y为过度金属，在钴酸锂电池（LiCoO2）中Y为钴（Co），在锰酸锂电池中就是锰（Mn）。对于三元锂电池就是镍钴锰酸锂[Li（NiCoMn）O2]中的NiCoMn，对于磷酸铁锂（LiFePO4）电池，就是FePO4。

另外，正极负极指电位高低，阴极阳极则通过得失电子区分，得电子的电机发生还原反应是阴极，失电子发生氧化反应是阳极。充电和放电正负极不变，而阴阳极会反向。

对于锂离子电池而言，正极材料的开发是其关键技术。理论上，根据上述反应化学式，可以实现锂离子脱嵌的物质都可以作为正极材料，但实际上，这并非易事。出于性能考虑，它需要有良好的导电性、较大的放电倍率以及与电解质良好的相容性；出于寿命考虑，它需要有高度的可逆性和较弱的极化效应，出于安全考虑，它需要保证良好的稳定性和温和的电极过程动力学。

☆磷酸铁锂和三元锂电池

磷酸铁锂电池的特点在于安全性高，高倍率充放电特性和较长的循环寿命。文献显示，在充电条件为1C倍率充电至3.65V，然后转恒压至电流下降到0.02C，之后以1C倍率放电至截止电压2.0V，循环1600次之后电池容量仍有初始容量的80%。

PS：充放电倍率=充放电电流/额定容量；例如：额定容量为100Ah的电池用20A放电时，其放电倍率为0.2C。电池放电C率，1C,2C,0.2C是电池放电速率：表示放电快慢的一种量度。所用的容量1小时放电完毕，称为1C放电；5小时放电完毕，则称为1/5=0.2C放电。一般可以通过不同的放电电流来检测电池的容量。对于24AH电池来说，2C放电电流为48A，0.5C放电电流为12A。

20Ah磷酸铁锂电池的循环性能

其充放电特性也较为稳定，以0.5C、1C、3C不同倍率放电时，放电容量下降不到5%，电压在放电过程中有着较大的稳定平台，大倍率放电情况下的稳定性关系着电动车在急加速、高速等大功率需求工况下的性能表现，电压越稳定，车辆性能表现也越好，另外，这也可以解释为什么电动车高速行驶时续航能力会减弱，电池在大功率输出时，实际放电容量会缩小。

20Ah磷酸铁锂电池不同倍率放电性能

磷酸铁锂电池也拥有良好的快充特性，3C倍率充电条件下，15分钟可以充电55%，30分钟充个电容量超过95%。注意这是实验室条件，另外仅仅只是一块20Ah，3.65V标称电压的单电池，与车用400V左右电压100Ah及以上容量的电池组不能相提并论，两者的充电功率相差百倍以上。

20Ah磷酸铁锂电池3C快充性能

除了寿命长，充放电性能优秀之外，磷酸铁锂电池最大的优点是其安全性，磷酸铁锂的化学性质稳定，高温稳定性好，700-800℃才会开始发生分解，且在面对撞击、针刺、短路等情况时不会释出氧分子，不会产生剧烈的燃烧，安全性能高。

20Ah磷酸铁锂电池不同温度下的放电容量

但是，磷酸铁锂电池的缺点在于其性能受温度影响大，尤其是低温环境下，放电能力和容量均会大幅度降低。此外，磷酸铁锂的能量密度较低，仅算电池的重量能量密度只有120Wh/kg，如果计算整个电堆，包括电池管理系统、散热等零部件的能量密度就更低了。远远不能达到国务院发布的《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020 年)》明确提出“电池模块的能量密度要求是大于 150 瓦时/公斤”的要求。

三元锂电池指的是含有镍钴锰三种元素的过渡金属嵌锂氧化物符合材料正极的锂电池，可用通式表示为LiMnxNiyCo1-x-yO2（0<x<0.5,0<y<0.5）。这种材料综合了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂三种材料的优点，形成了三种材料三相的共熔体系，由于三元协同效应其综合性能优于任一单组合化合物。重量能量密度能够达到200Wh/kg。

三元锂电池超晶格型结构模型

但是三元锂电池的安全性较差。三元锂电池热稳定性较差，250-300℃就会发生分解，遇到电池中可燃的电解液、碳材料后一点就着，产生的热量进一步加剧正极分解，在极短的时间内就会爆燃。车祸中，外力撞击会损坏电池隔膜，进而导致短路，而短路时发出的热量会造成电池热失控，并迅速将温度升至300℃以上，存在自燃风险。因此，对于三元锂电池而言，其电池管理系统、散热系统就至关重要。

采用三元锂电池的特斯拉自燃事故屡见报端

为了提高产品的安全性，使用具有较强耐热性的材料，采用泄压阀控制电池内的压力、主动控制电池的电流，并且实时监测电池充电状态，并能够强制切断电流回路提高安全性。这些都是可行的提高三元锂电池安全性的措施。

基于安全性考虑，采用三元锂电池的新能源客车无法进入工信部的新能源车目录，而轿车、货车则不受影响。虽然有着安全顾虑，但因为政策对能量密度的规定，三元锂电池已经呈现取代磷酸铁锂电池趋势，成为乘用车的主流。

2017年工信部公布的8批共296款新能源乘用车中，采用三元锂电池的车型有221款，而采用磷酸铁锂的仅有33款。比亚迪曾是国内磷酸铁锂电池的领跑者，但从2016年起，旗下的新能源车，包括秦、唐等所有PHEV乘用车等都开始匹配三元锂电池，唯有大巴仍然采用磷酸铁锂。其资源也向三元锂电池倾斜，坑梓工厂三元锂电池产能6GWh，磷酸铁锂电池产能8GWh，而新建的青海工厂的三元锂电池产能更是将达到18GWh。

迄今为止，三元和磷酸铁锂电池还未能够分出胜负，三元锂电池略占上风，但两者至少在现阶段都不是完美的解决方案，石墨烯或者燃料电池等其他替代能源技术都在一旁虎视眈眈。

参考文献：

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本文作者为踢车帮 陆思灏

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