从电瓶到三元锂汽车电池材料为什么越来越危险？

  锂电池第一次用在数码产品是 1991 年，被用在汽车中要到 1998 年，日产生产的 Altra 是世界上第一款采用锂电池且量产的电动汽车，不过它的续航能力只有 190km。

  对电动汽车发展有里程碑意义的汽车是 2006 年正式亮相的特斯拉 Roadster，这款基于路特斯 Elise，由特斯拉重新设计和开发的车型，通过锂电池供电将续航提升至 390 公里。

  值得一提的是在 F3DM 上使用的是磷酸铁锂电池，而特斯拉后来在 Model S 上开始使用三元锂电池。

  汽车动力电池技术路线如今分为三元锂电池和磷酸铁锂电池，二者代表性的企业分别是宁德时代和比亚迪。

  不过宁德时代并非只生产三元锂电池，比如在续航里程较短的特斯拉 Model 3 后轮驱动版上面，用的就是宁德时代的磷酸铁锂电池。

  手机电池的文章，介绍了锂电池的负极材料，这里正好要介绍锂电池的正极材料。汽车锂电池正极材料通常是磷酸铁锂或三元锂电池，这个三元锂包括镍钴锰酸锂（NCM）和镍钴铝酸锂（NCA）。

  关于磷酸铁锂和三元锂电池的优缺点，网上已经讨论了好几轮，本篇文章不再细聊。

  简单来说就是磷酸铁锂安全性更高，充电循环次数高，寿命长，含有铁、磷等常见元素，成本也更低。

  相对的，三元锂在低温下性能表现更好，更重要的是，三元锂电池单位体积内的包含的能量更高，能更好地解决电车的里程焦虑。

  普通三元锂（NCM）电池的单位体积内的包含的能量在 180-230Wh/kg，而磷酸铁锂的单位体积内的包含的能量通常在 140-160Wh/kg。

  普通三元锂（NCM）镍钴锰的摩尔比例是 1:1:1，被称为 NCM111。镍含量影响电池单位体积内的包含的能量，钴含量影响电池可逆比容量，也就是循环寿命，锰含量影响结构稳定性。

  研究人员又开发出 NCM424、NCM523、NCM622 和 NCM811，这些电池又被称为富镍三元锂电池。

  富镍三元锂电池中 NCM811 目前比较受关注，原因还是单位体积内的包含的能量高，而且降低了钴金属的使用，待到工艺成熟，有望降低电池成本。

  比如特斯拉的 4680 电池，就是富镍电池中的 NCM811，加上硅碳负极，电芯单位体积内的包含的能量达到 300Wh/kg。

  但其实 NCM811 材料也有明显的短板，因为提高了镍含量，钴和锰的含量逐步降低，安全性比不上其他的富镍电池。

  这好比我们玩输出英雄，10 个装备栏，8 个用来买进攻装备，剩余两件装备，一件肉装、一件回复装，输出高但也脆。

  为什么 NCM811 短板明显还受到关注，因为它的性能接近富镍材料的极限，而安全性低的问题，能够最终靠更先进的电池管理系统，也就是俗称的 BMS，来保证电池安全运行。

  当然了，汽车应该使用哪种方案的电池，还得结合场景，结合实际需要做出选择，比如对成本控制比较严格的低端车，通常用磷酸铁锂电池，高端车则多用三元锂电池。

  除了电芯，提升电车续航的办法还有对电池包结构可以进行改造，也就是我们会听到的宁德时代 CTP、比亚迪 CTB，大家想过没有，这个到底是什么意思？

  汽车锂电池按照封装形式，分为圆柱电池、方块电池和软包电池，早期汽车电池是多个电芯通过封装变成一个电池模组，电池模组再封装成电池包，电池包安装在电动车底盘。

  这样的电池包结构叫 CTM ( Cell to Module ) 。不过，CTM 结构中每个电池模组都得封装、固定、再加上散热空间、电池管理系统，电池的空间利用率比较低，只有 40%。

  于是，宁德时代在 2019 年推出了 CTP（Cell To Pack），让电池包实行 扁平化 管理，通过减少电池模组，提升空间利用率，比如本来电池包有 12 个电池模组，现在减少到 4 个。

  宁德时代最新的 CTP3.0 技术，已经把电池的空间利用率提升至 70%。

  到 CTP，在电池本身的空间优化已经很到位了，还想要大幅度的提高只能在汽车底盘上想办法主意，就有了 CTC（Cell To C）和 CTB（Cell To Body）。

  CTC 就是将电池和底盘集成在一起，用电池上盖代替驾驶舱地板，进一步节省零部件数量，提高结构效率，将空间利用率提升至 70% 以上。

  2022 年，比亚迪发布了 CTB，CTC 与 CTB 技术相似，都是把电池融入车身底部，电池上盖代替驾驶舱地板，CTB 保留了车身横梁，车身拥有更好的扭转刚度。

  以上就是 CTM、CTP、CTC 和 CTB 的区别，通过不断的提高电池包空间效率，提高电池容量。

  无论是手机还是电车，未解决续航焦虑或里程焦虑，方法是相同的，一边提高电池能量，一边提升充电功率，于是，800V 就成了许多车企发布会上常见的一个数字。

  严格来说，800V 不是一个确切的数值，而是一个范围，目前行业内是将标称电压范围在 550-930V 之间的车型统称为 800V，所以，有一些电车的标称电压 550V 也被称为 800V。

  除此之外，这个 800V 额定电压也分为覆盖了整车电气系统的全域 800V 平台，只有三电甚至只有动力电池支持 800V 的非全域 800V 。

  全域 800V 带来的优势除了充电速度快，性能更强，还有就是整车发热量更少。

  根据高中物理知识 ：W= （U*U）T/R，整车电气系统的电阻不变，电压升高，产生的发热就更少，电网的高压直流运输也是这个原理。

  随着 800V 电压平台的电车慢慢的变多，形容充电速度的又多了一个名词——充电倍率。

  就在前段时间，传出宁德时代和比亚迪即将推出充电倍率 6C 动力电池，没过多久，另一家国产电池厂商亿纬锂能就发布 6C 快充大圆柱电池。

  比如充电电流是 200A，电池容量是 100Ah，充电倍率就是 2C，表示电池半小时内充满，6C 的线 分钟内就可以充满。

  不过 6C 一般是充电功率峰值，实际充满要高于 10 分钟。虽然充电倍率 6C 的车还没有，但 5C 的车已经在今年陆续上市了，比如理想 Mega、极氪 009、极氪 001 四驱版。

  要知道去年上市高端机型还是 4C 充电倍率，而明年如果 6C 充电倍率车型上市，充电 5 分钟，行驶两小时，将有可能变成现实。

  对手机而言，高容量电池、高功率充电确实解决了续航焦虑。在汽车领域，更大能量的电池、6C 甚至未来 10C 的充电速度会解决大家对电车的里程焦虑吗？

  锂离子电池三元正极材料的研究进展，邹邦坤 , 丁楚雄 , 陈春华，中国科学院能量转换重点实验室 & 苏州纳米科技协同创新中心

  富镍锂离子电池三元材料 NCM 的研究进展，肖忠良，周乘风，宋刘斌，曹忠，蒋鹏，长沙理工大学化学与食品工程学院