电动车选三元锂还是磷酸铁锂（磷酸铁锂能量极限在哪）

镍这种元素你可能听说过，但不知道它与你生活有什么直接关系，镍最近涨价的事儿可能你更不关心。而且由于当下俄乌局势，持续数月的冲突再加上西方国家的制裁因素，导致包括镍原材料在内的多种能源、原材料、芯片等全球供应不足，原本每吨2万美元的镍现在已经涨到3.3万美元。

这种原材料级别的产品，如果你不是专业领域可能根本不在乎它是什么，它又能做什么。然而我们日常使用的不锈钢、电动车的动力电池，都需要这种镍元素的参与；而且现在动力电池的镍含量还比较高，例如NCM811、523电池，镍占比成分分别为80%和50%。

现在高价位的镍元素有人很早就开始布局，例如特斯拉与多方签订了镍饿的供货协议。但像特斯拉这样的企业还是少数，对于那些手里没掌握镍资源，能不能把电池中的镍成分降低或者说，把镍成分取消？

镍的比例越高就代表电池的能量密度越大，现在的主流发展路线如果想提高电池能量密度、提升车辆续航里程，就是把镍的占比拉高，例如811、523电池，还有LG将为特斯拉提供的镍含量90%的NCMA新电池。这些电池，都在向着高镍这个趋势发展，但镍的成本越来越高，也就有了另外一种发展路线。

无镍或者低镍电池的解决方案，其实也有现成的，例如一直在使用的磷酸铁锂电池（LFP）、新研发的钠电池等，但以上提到的两种电池，在能量密度上都不如使用了镍元素的三元锂电池（NCM）。

结合实际情况来看，目前我们还没能找到能够在化学性上能够提到镍元素在电池中起到高能量密度的元素，所以理论上现在的三元锂电池依旧走着高镍，或者以后全镍的路线。那么未来的新能源汽车领域，电池的应用也会逐渐多样化，短期内应该会以三种类型组成：钠电池、磷酸铁锂电池以及三元锂电池。

钠电池由于无法在同等体积下达成与磷酸铁锂同样的能量密度，所以将会更适用于低成本的电动车；磷酸铁锂电池将会成为一大部分新能源汽车所使用的主流电池，也会和镍含量不算高的锂电池形成竞争；那么高镍电池，有可能将成为高端电动车的专属，例如811、特斯拉的90%镍元素新电池。

那么高镍电池的应用，虽然能量密度提升，但钴和锰元素的降低也就意味着使用寿命和化学稳定性会有一定的削减，同时还得做好电池的热管理系统；另外，高镍还涉及着电池配方与锂元素的比例混合，镍与锂元素的价格现在都居于高位，背后的成本考量也同样重要。

在没有新型材料、新化学结构出现之时，钠电池更适用于储能领域的前提下，要想真正实现无镍电池，我们还得把目光看像磷酸铁锂电池。随着电池技术发展，磷酸铁锂一直受到能量密度低的问题困扰。

像宁德时代、国轩高科、比亚迪等一批做电池的企业，给出了解决磷酸铁锂电池短板的解决方案。

1. 宁德时代的磷酸铁锂电池单体能量密度可达174Wh/kg，麒麟电池搭载磷酸铁锂时的能量密度能超过160Wh/kg；
2. 比亚迪现在装车的磷酸铁锂电池单体能量密度最大140Wh/kg，比亚迪还预计在2022年，推出第二代刀片电池，能量密度将会达到180Wh/kg；
3. 国轩高科今年底实现230Wh/kg磷酸铁锂电芯的量产，今年还对磷酸铁锂能量密度目标突破260Wh/kg。

这些磷酸铁锂电池已经比发展初期的能量密度有着很大提升，基本上已经能达到与NCM523三元锂电池一样的能量密度165Wh/kg。

先说宁德时代是怎么实现磷酸铁锂电池的高能量密度，宁德时代是将磷酸铁锂电池应用在麒麟电池中，所谓麒麟电池就是一个新的电池模组方案，在尺寸不变的情况下通过技术手段实现内部能容纳更多的电芯。比亚迪第二代刀片电池大概率也会采用这种思路，来实现磷酸铁锂电池的高能量密度。

除了以上的方案之外，国轩高科给出了第二种思路。

正极材料克容量很少有人提及，磷酸铁锂正极材料的克容量上限是170mAh/g，现行的主流电池配方在146mAh/g左右。实际上磷酸铁锂正极材料容量还有一定的提升空间，在电池容量整体保持不变的前提下，减少负极材料容量来增加正极材料容量，这样一来电池的能量密度就得以提升。

之后的负极材料国轩高科选择了硅基负极材料，也是一种高能量密度的必需元素，硅的容量理论上是4200mAh/g，比石墨烯高10倍，这也是最近几年硅基负极材料得到广泛应用的原因。但需要面临的问题是，硅的膨胀率非常高，充放电膨胀率可以达到300%左右，过大的膨胀率也就导致了电池循环使用寿命的缩减，普通石墨烯基负极也就10%左右的膨胀率。

所以加大正极材料容量、采用硅基材料作为负极，确实能够提升磷酸铁锂电池的能量密度，但在使用寿命上仍然是一个难点。国轩高科给出的解决方案是在负极中掺入少量的硅元素，才找到了在高能量密度和使用寿命之间的平衡。

预计今年底，230Wh/kg的磷酸铁锂电池将会得到量产。个人认为，210Wh/kg的能量密度已经是磷酸铁锂电池的极限容量，如果还能提高能量密度，无非是以上提到的两位那么操作，在电池模组空间利用率上下文章。

动力电池领域正面临着核心原材料价格的上涨，此时手握原材料资源的企业就相当于握着未来高端电动车核心零部件的入场券。在没有新型电池出现之前，高镍比例就代表着高能量密度，也代表着高端车型“标配”。

那么此时无镍的磷酸铁锂电池能不能达到与其三元锂电池同样的能量密度，至少现在我们看到了通过改变模组空间利用率、改变正极容量、负极材料的多种解决方案，能让磷酸铁锂达到与523等配比的三元锂电池同等的能量密度。