电池四大主材：正极材料对电池性能的影响是最大的吗？

电池的四大主材中，正极材料对电池性能的影响是最大的。锂电池中常见的正极材料有钴酸锂、磷酸铁锂和三元材料，它们对能量密度、循环寿命、安全性和成本等指标都有直接影响。目前，随着电池技术的不断改进和创新，电池包装技术也在逐渐提升，以提高电池的能量密度。在纯电动汽车领域，磷酸铁锂电池和三元锂电池是主流选择，各自适合不同的应用场景。总体来看，正极材料的选择和电池包装技术的升级将对未来电池发展起着至关重要的作用。

新能源电动车产业链上的公司从2020年开始涨，现在涨到天上去了，现在买入有点恐高，但肯定还是有上涨空间的。以后自己也得买车，所以了解下相关产业链。

新能源电动车最大的成本是电池和电驱，动力电池用完一段时间后还可以做储能电池，储能行业还没电动车这么火，需求也没正式爆发，但核心还是电池，自然要先重点了解电池行业。

先学习下锂电池的技术原理，目的不是变成一个电池专家，而是能弄清楚锂电池相关的一些技术和名词，比如锂电池常说的三元、磷酸铁锂是怎么回事，比亚迪的刀片电池又是什么技术等等。电池分类如下，重点是锂离子电池，燃料电池里面的氢电池目前最有潜力。

1、电池四大主材

电池主要由正极、负极、电解液和隔膜四大材料组成，当然还有一些导电剂、粘结剂等成本占比不大的辅材。锂电池现在用的比较多，如下图所示，电池的充放电是靠锂离子的移动实现的，充电从正极移动到负极，放电则反过来。

锂电池四大主材中，正极材料种类是最多的，所以先从其他三个简单的材料讲起。

电池一般根据正极材料来命名。正极材料，是电池四大主材中成本占比最大的材料。目前锂电池常见的正极材料有钴酸锂(LiCoO₂)、磷酸铁锂(LiFePO4)和三元(NCM，镍钴锰酸锂或者镍钴铝酸锂)，三元指的是镍、钴、锰三种金属元素。

锂电池的评价指标包括能量密度、循环寿命、安全性、成本等，这几个性能都跟正极材料直接相关。能量密度指的是电池单位体积或质量所释放出的电能，其取决于正负极的相对电压和克容量。

下表是主流正极材料性能对比，很直观的可以看出，磷酸铁锂相对于三元材料的优势就是安全性更高，循环寿命更长，成本更低，而劣势就是能量密度更低。钴酸锂是最先商业化的正极材料，目前在消费电子领域应用较多。三元材料根据镍、钴、锰的含量不同，容量和成本有所差异，但整体能量密度高于磷酸铁锂和钴酸锂。

过去几年乘用车更关注续航里程以及政策对高能量密度电池的补贴背景下，三元电池的装机量逐渐超过了磷酸铁锂。但是近年来，随着磷酸铁锂能量密度逐步提高，磷酸铁锂的装机量又开始回升。

在三元材料中，镍含量越高，电池容量越大；钴含量越高，电池寿命越长；锰含量越高，电池安全性更好。根据三种元素的占比不同，三元电池又分为523、622、811，例如811对应的是镍、钴、锰的含量分别为80%、10%、10%。目前三元电池的趋势是高镍化和无钴化，一方面提高镍的含量是为了进一步提高电池能量密度，另一方面由于钴的价格很高，降低钴含量有助于降低电池成本。

总的来说，磷酸铁锂和三元电池各有优势。高镍三元的能量密度高，磷酸铁锂性价比高，估计很长一段时间内都是二者共存的状态。

2、电池包

上面讲的是电芯(Cell)，而一个电池包(Pack)由成百上千个电芯组成。电池包起到固定和保护作用，比如防水、防火、防压等。因为乘用车的空间很宝贵，目前的趋势就是在有限体积的电池包内放入更多的电芯，比如宁德时代的CTP和比亚迪的刀片电池。

宁德时代CTP(celltopack)就是电芯直接集成到电池包，去掉不必要的机械连接，减少零部件，从而提高空间利用率，整体能量密度提升的效果。

比亚迪推出的刀片电池就做得更极致了，把电芯做成刀片一样的形状，一片一片插在电池包里面，组成电芯阵列，大幅提高了电池包的体积利用率(本质上还是在物理层面上对电池组中的电芯进行重新布局)。刀片电池用的还是磷酸铁锂。

大量电芯组织好后，还需要装上电池管理系统BMS(BatteryManagementSystem)才能安全工作，通过温度、电流等传感器时刻监测电池的状态，并在异常时执行相应的安全保护措施。

动力电池对于能量密度的追求还是不会停止，而提高能量密度的两个方向就是电池包成组销量和电芯能量密度。成组效率可以等于所有单体电池的能量密度除以整个电池包的能量密度，目前刀片电池和CTP技术已经将成组效率提升到了90%以上，再向上的空间不大了。

3、总结

电池有四大主材，正极材料影响最大，包装技术可以提适当提升能量密度。

纯电动汽车的动力电池目前主要分为两种：磷酸铁锂电池、三元锂电池。在没有革命性技术出现之前，现有的电池技术创新都是改进。各厂商主要是扩建产能，降低成本，从而抢占市场。

最后留下的会是三元锂电池、磷酸铁锂电池还是两者各被细分市场接纳，现在还不好说。磷酸铁锂电池适合空间大，有条件装大体积电池，要求安全性能高，需要长时间不间断运营的场景，比如商用车和储能设施；三元锂电池适合需要高能量密度，空间有限，客户体验感要求高的场景，比如中高端乘用车。

参考：

1、《新能源汽车的“心脏”–动力电池》，雪球

2、《小白也能看懂的锂电池的工作原理》，公众号。

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