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我将主流的五种动力电池类型汇总后按照技术难度、续航能力、动力、制造成本、寿命、安全进行了六个维度的比较。每种类型的动力电池各有其优势和劣势。  上三张图，我自己做的。    稍微解释一下续航能力和动力的区别；以及制造成本和使用寿命的辩证关系。 续航能力就是持久力，充满一次电可以跑多久。动力就是力度，影响车的马力、加速度、最高速度等。 制造成本和寿命也需要辩证的看。有些技术造出来的电池成本是很低，但是能用的时间短，综合考虑其实成本还不如贵但耐用的电池。 下面我将逐一介绍。 一、镍钴锰锂NCM 三元锂电池 发明时间：2008年 正极成分：LibNi1–x–yCoxMnyO2 龙头企业：宁德时代、LG Chem 当下最主流的新能源车动力电池。 类型从532到622到811逐步升级。数字代表了镍钴锰三种化学元素的含量。不断升级的主要效果有两个，一个是减少了金属钴的使用量，进而降低了成本。钴产量少，且贵。 中国又贫钴，目前50%以上的产量在刚果。另一个效果是提高了能量密度。提高能量密度后，同等重量和体积的电池，可以让车跑的更远。 但是钴的减少镍的增加会导致电池的稳定性变差，需要更高的技术来解决。 解决主要从三个方面来进行。一个是电池单体的升级，在保证稳定的前提下，电池单体越做越大，材料使用效率越来越高。 从532到622到811逐步升级就是电池单体的升级。 另一个方面是电池单体的组合方式进行升级。宁德时代的cell to pack （CTP）和比亚迪的刀片电池都是指这种升级。 一台电动车的动力电池由几千个电池单体串联+并联组合而成。这几千个电池以什么样的方式来排列组合，是各大电池厂商和整车厂商一直在优化的事情。 我认为未来的趋势会有两个： 1、针对单个品牌车型设计个性化封装（pack）方案，尽最大可能将车和电池进行一体化设计。这个将由头部整车厂和电池厂商共同完成； 2、出台若干种针对不同车型的标准化高效整体解决方案，降低设计成本。头部的电池厂商可能都在朝这个方向努力。 第三个方面，是电池管理系统的升级。 前面说到，一台电动车的动力电池由几千个电池单体串联+并联组合而成。让几千个电池单体同心协力合作驱动一辆车需要很高的技术水平。 管理电池的系统叫做battery management system，简称BMS或者电池管理系统。特斯拉的车目前性能最好，一方面得益于和松下十几年的长期合作。另一方面也是自研的电池管理系统够牛逼。能够让电池发挥出很高的水平同时还保持稳定。 讲到BMS多提一点。 电动汽车经常被诟病容易自燃、起火，导致的原因其实有多种，一个是电池本身的问题，一个是电池管理系统的问题，还有可能是电池外部排线、车身的问题。 究其原因，是随着电池的能力密度越来越高，对电池所运行环境的要求也越来越高。所以对电池运行各个环节的要求也越来越精细，有一个地方出了问题，都可能连累其他的部分。 所以一辆车的电池是否安全，会不会自燃，其实早就不是电池本身是否安全的问题了。 甚至，电池性能的发挥，也不仅仅取决于电池本身。同一块电池放在不同品牌的两辆车上，发挥出的效果可能也会天差地别。 究其原因，就是新能源车的动力电池对外部环境的要求会更为敏感，或者说和燃油车不太一样。 而改善这一情况，就需要整车厂和电池厂商，甚至包括获取驾驶数据的软件公司，共同合作。 而这里面涉及的无数个细节，都要靠大量的实验室试验、以年计算、以百万车主为单位的真实驾驶数据来积累。这也是动力电池门槛高的核心原因。 从这个逻辑出发，谁掌握了新能源车驾驶的大数据，谁就具备了技术改善的前提条件，也就更有希望能够主宰未来的新能源车市场。 在这方面，先行者的优势，甚至可以和谷歌、抖音/tiktok等互联网公司相提并论。而这，也是我坚定看好特斯拉和宁德时代以及相关产业链的核心原因。 而比亚迪，因为同时有整车和电池业务，也会有着很好的协同效益（synergy）。 华为在回答自己为什么不去做电池的时候是这样解释的：电池属于高危险的化工产业，且劳动密集，不属于我们的愿意去涉及的产业。这也侧面印证了该行业的进入壁垒（entry barrier）很高。 二、镍钴铝锂NCA 三元锂电池 发明时间：1999年 正极成分：LibNi0.8Co0.15Al0.05O2 龙头企业：松下 NCA和前面说的NCM非常类似，不同的是把锰换成了铝。由于松下技术水平高超的原因，现在能量密度方面和制造成本会稍微优于NCM一点点，但是并不明显。 NCA的制造工艺相较NCM会更难一些，所以目前主流厂商中只有特斯拉的供应商松下采用了这种工艺，其他都是NCM。 特斯拉老板马斯克本身也并不是NCA的死忠粉，所以未来随着LG Chem和宁德时代进入其供应链，我们也将很快见到NCM作为正极材料的特斯拉电池。 三、磷酸铁锂电池 发明时间：1996年 正极成分：LibFePO4 龙头企业：比亚迪、国轩高科  相比上面两个三元锂电池，磷酸铁锂电池制造成本更低，使用寿命更长，安全性更高。但是能量密度比不过三元锂电池。 而且这个能量密度难以提高是受限于磷和铁这两个化学元素本身的能量密度，即使未来技术再怎么提高，也无法超过当前以镍钴为主的三元锂电池技术。 不过安全性高、制造成本低、使用寿命长的特点很适合市内短途公交车。公交车的行驶路线固定，并不需要续航400公里那么长，而且车身加乘客的重量要远大于电池重量占的比例。电池的能量密度相对就没那么重要了。反而，安全性就很重要。 磷酸铁锂电池有一个很大的优点就是即使受到外力碰撞或者刺穿，也很难发生自燃或者爆炸的情况。所以电动公交车都是使用磷酸铁锂的技术。 但是在乘用车上，因为能量密度不比三元锂电池的原因，磷酸铁锂电池会更重也更占空间。这就导致小型纯电动车没办法用磷酸铁锂，只有类似SUV这种中型及以上乘用车才可以考虑用磷酸铁锂电池。否则同样大小和重量的磷酸铁锂电池，续航能力将大打折扣。 比亚迪是磷酸铁锂电池的龙头。这背后其实有一小段故事。几年前在中国开始大力扶持新能源车的时候，电池企业有两条主要技术路线可以选择，一个是三元锂电池，一个是磷酸铁锂电池。 当时国外的龙头企业，包括松下、LG Chem、三星等都选择的是三元锂电池，宁德时代也是大力发展三元锂电池。但是比亚迪把赌注压在了磷酸铁锂上。并且在磷酸铁锂上做到的世界技术最优。 虽然宁德时代也有磷酸铁锂电池，比亚迪也有三元锂电池技术，而且量都不小。但是在很多业内人的眼里，宁德时代三元锂技术更优，而比亚迪的磷酸铁锂技术则更胜一筹。 四、钴酸电池 发明时间：1991年 正极成分：LibCoO2 龙头企业：ATL(宁德时代前身)、LG、三星 钴酸电池是什么？ 手机、笔记本用的都是钴酸电池，特斯拉最早期那款价值几百万的跑车用的也是钴酸电池。 为什么用钴酸电池？钴酸电池体积能量密度最高，所以占的空间最小。所以智能手机可以一只手掌控，换成磷酸铁锂的话就会像大哥大那样又大又重。 那么电动车为什么不用钴酸电池？因为太贵了。三元电池之所以从532不断升级到现在的811，就是为了减少对钴的使用量。但是钴酸电池，你听听这个名字，全TM的是钴啊，小是小，轻是轻，但也是血贵！ 所以同样性能的iPhone plus 比小点的iPhone贵，很大一块是贵在这个电池上。或者更准确的说，是贵在这个金属钴上面。 如果用钴酸电池来造车，那就有点像用几百台iPhone来驱动一辆车了，做跑车还可以，普通乘用车就算了。 这里稍微补充一下，这里面提到的龙头企业指的都是电芯制造企业，因为电芯制造是锂电池制造中技术含量最高，产值也最高的一个关键环节。 比如ATL牌子的电池可能大家都没听过，但是它是苹果、华为等主流手机电池的电芯生产商。到终端消费者的时候，大家听到的可能会是苹果手机电池、品胜电池等等。  五、铅酸电池 发明时间：1859年 正极成分：二氧化铅 PbO2 龙头企业：天能集团 外面马路上到处跑的电动单车就是用铅酸电池的。燃油车里的蓄电池也是用铅酸电池做的。铅酸电池是世界上第一款可充电电池，有着悠久的历史和成熟的技术。成本低，寿命长，但是能量密度和以上几款电池远不能比。所以用来驱动电单车或者电瓶车可以，新能源车的话就算了。 未来技术发展趋势  乘用车方面，短期三年内肯定是三元锂电，尤其是NCM811和NCA的天下。 公交车方面，中短期都是磷酸铁锂的天下。 新能源车的技术改善因为试错成本很高，需要铺上百亿的钱、上千人的技术团队，上亿的公里数实践、十几年的技术的积累才能领先市场并达到盈利的门槛，所以壁垒很高，头部效应明显。 所以5年内，特斯拉、宁德时代、LG、比亚迪等相关龙头企业，都会有很好的发展。 中期5-10年，可以看全固态电池和富锂材料。 不过即使技术变革，也不代表上述龙头企业会被颠覆掉。因为他们在这些新技术的研发方面，投入力度、技术储备、研发资源都是第一梯队的。 更长期的，看锂硫电池和锂空电池 如何关注未来技术发展趋势 技术的发展从一篇论文到真正量产到大规模应用要走几年到几十年的路。路径大概如下： 论文论证理论可行 > 实验室研究成功 > 概念车试产 > 小批量产 > 大批量产 > 批量驾乘多年 而且，无论技术再怎么突破，也突破不了化学元素本身的极限。 所以，当未来有新的技术突破新闻出来的时候，我们要注意看以下几点： 1、是哪个阶段的成功？一篇论文？还是实验成功？还是已经量产了？ 2、新技术是属于哪个方面的突破？是532到811的突破？还是pack方面类似刀片电池的突破？还是石墨到硅碳的突破？又或是三元到锂空的突破？ 3、技术突破的原理是什么？化学式是什么？ 4、用新技术造车的制造成本如何？是10万一台车还是1000万一台车？量产是否还存在其他瓶颈？比如生产设备是否容易制造？ 本文讲的主要是正极材料方面的区别和介绍，关于效率更优的硅碳负极、技术更好的湿法隔膜、十年之后的锂空电池、充电更快的钛酸锂电池、尚未量产认证的固态电池并没有深入介绍。 因为要开始看其他行业，所以短期之内我可能并不会再进行系统性书面讲解。相关的资料列表我再单独放在另一篇文章里，各位有兴趣的可以看看，也可以留言讨论。 作者：吴尼克 免责声明：文中所有观点仅代表作者个人意见，对任何一方均不构成投资建议。 版权保护：著作权归原创作者所有，欢迎转发并注明出处。 |
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