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特斯拉、比亚迪纷纷涉足磷酸铁锂电池有何优势

更新时间:2020-07-10 17:36点击:

  还记得国内新能源市场刚兴起的时候,行业内充斥着大量使用磷酸铁锂电池的纯电动车。近些年来,伴随着新能源市场的不断升级与变革,曾经代表着“低端”的磷酸铁锂电池似乎正逐渐被人们所淡忘,三元锂电池则受到更多车企与消费者的青睐,成为市场上的主流。

  然而就在前段时间,国产特斯拉Model 3确认使用磷酸铁锂电池以及比亚迪“刀片电池”的出现,则使得磷酸铁锂电池重新回到消费者的视野之中。那么,使用“低端”的磷酸铁锂电池是否是技术“倒退”?这一技术有哪些优势与劣势?其为何会在当下的时间节点选择“回归”?带着这些问题,湃客今天就和大家一起来聊聊。

  在动力电池领域,三元锂与磷酸铁锂算是比较常用的两种锂离子电池。三元锂电池为正极材料使用镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂等三元聚合物的锂离子二次电池,而磷酸铁锂电池则因为正极材料为磷酸铁锂而得名。“三元”中含有一种贵金属——钴,从2017年以来,全球的钴材料价格便持续飙高,三元锂电池的价格也水涨船高。相比之下,磷酸铁锂电池制造起来会更加简单,使用的材料成本也更低,不含有镍、锰、铝、钴这类价格波动较大的金属元素,其制造成本相比三元锂电池低了20%左右。

  根据真锂研究的数据显示,截至2019年年底,国内三元锂电池包的单价为1.05元/Wh;磷酸铁锂电池包的单价为0.8元/Wh。特斯拉与宁德时代达成协议后,将在国产Model 3以及未来的多款车型上使用磷酸铁锂电池,这些均可有效地降低成本。相比于现状而言,换装磷酸铁锂电池之后,特斯拉在成本方面至少会降低10%。如此一来,不仅零部件的国产化进程得以加快,而且与之带来的车价降低将助力特斯拉抢占更多的市场份额。

  而除了造价便宜外,磷酸铁锂电池还具备稳定性好、安全性高等特点。磷酸铁锂电池正极材料电化学性能比较稳定,在充放电过程中电池结构不会发生变化。从特性上来说,其相比三元锂电池更具安全性,即便在短路、挤压、刺穿等特殊条件下,仍然不易发生爆炸。这点从前段时日,比亚迪“刀片电池”安全性的测试中也可以看出。

  据悉,磷酸铁锂电池热失控温度普遍在500℃以上,三元锂电池则低于300℃,一些高镍比例的三元锂电池热失控温度甚至低于200℃。此外,由于不含有重金属和稀有金属,磷酸铁锂电池会相对环保,也更利于回收。所以早年间,在综合成本、技术等因素之后,磷酸铁锂电池会成为新能源汽车的搭载首选。

  照这么来看的话,磷酸铁锂电池似乎是“质优价廉”的选择,那为什么“沉寂”许久呢?

  在经历“骗补”以及产品品质参差不齐的新能源发展初期阶段后,国家在补贴方面会越来越偏向于长续航里程、电池系统能量密度高的车型;对于普通消费者而言,更长的续航,往往也能带来更为舒心的用车体验。因此,车企的产品就不断朝着“高续航”这个方向靠拢。

  但是,能量密度较低以及不易提升续航里程,便是磷酸铁锂电池的最大“劣势“。而三元锂电池则凭借着单体能量密度高、能带来更长的续航里程等特点,逐渐成为业界主流。虽然在采用三元锂电池后,成本会提升不少,但是直观的续航提升、用户里程焦虑的减轻,再加之政策的补贴与扶持,三元锂电池无疑会是更好的选择。此外,再通过材料改性优化、表面包覆以及调整电解液等举措后,安全性也可得到不错的保障。

  随着2019年6月底新能源车补贴的“退坡”,成本便成为电动车企业考虑的首要因素之一。补贴的逐渐退坡,再到完全消失,目前看来只不过是时间问题。如此一来,车企为了保持住车型的产品竞争力,对于动力电池的选择、成本以及收益的考量便需要重归“理性”,成本相对较低的磷酸铁锂电池又“回归”到车企与消费者的视野之中。

  与此同时,伴随着技术的不断发展,磷酸铁锂电池曾经“续航能力不佳”的劣势也逐渐得到改善。前些年市场上磷酸铁锂电池电芯的能量密度在120-140Wh/kg左右,封包后电池系统的能量密度在90-100Wh/kg左右。反观三元锂电池,特斯拉21700电池的电芯能量密度可达300Wh/kg。而近几年来,比亚迪、力神、国轩等电池厂商量产的磷酸铁锂电池电芯单体能量密度已经可以达到190Wh/kg,并有望达到220Wh/kg。

  而近期火热的比亚迪“刀片电池”实际上是一种称为CTP(Cell To Pack)的电池技术,即电芯直接成包。由于电芯采用扁平化处理,多个单体“刀片”电芯通过阵列的方式排布在一起,并且长度可达到2500mm;电芯重组效率得到极大提升,在体积与能量密度上比传统磷酸铁锂电池提升了50%,整车寿命可达百万公里以上。以比亚迪汉EV为例,其电池系统的能量密度达到140Wh/kg,NEDC标准下续航里程可达605km;与一众采用三元锂电池的车型相比,其在续航方面也丝毫不落下风。

  走相似路线年年底宁德时代和北汽新能源发布了CTP电池包。宁德时代的CTP技术可以让电池包体积利用率提升15%-20%,生产效率提升50%,电池包零部件数量减少40%,系统能量密度增加10%-15%,最高达到200Wh/kg以上。

  与此同时,伴随着新能源市场的日益成熟,除了需要特斯拉Model 3与比亚迪汉EV这类相对“高端”的车型外,续航适中、性价比较高的纯电动代步车也会成为市场的新需求。如此来看,循环寿命长、成本更低的磷酸铁锂电池则比三元锂电池要更适合这类车型。

  在看完上述文字后,可能不少人会产生疑问了:是不是伴随着技术发展,磷酸铁锂电池会重新成为市场的“主流”?是否会与三元锂电池形成竞争态势?

  虽然目前通过减轻电池包重量以及提升电池包整体能量密度的方法,使得磷酸铁锂电池可与三元锂电池抗衡,但磷酸铁锂电池终究在材料方面有所局限;其电芯单体的能量密度难有跨越式发展,而三元锂电池的能量密度则有较大的突破空间。简而言之,三元锂电池有大幅提升续航的可能,而磷酸铁锂电池则会显得较困难。

  此外,磷酸铁锂电池的抗低温性也要比三元锂电池差不少。根据实验表明,在-20℃环境下,磷酸铁锂电池的容量会有近50%的缩水,三元锂电池的容量会缩减到75%。与此同时,磷酸铁锂快速充电的能力也不及三元锂电池。综合而言,磷酸铁锂电池会在中低端产品上逐渐“回归”。但反之,若是追求更多的使用场景(耐寒和快速充电)以及更强的性能表现,三元锂电池在未来仍旧会是相对主流的应用技术。

  相信在看完上述文字后,大家都对于磷酸铁锂电池的“回归”有了一定程度的认识。它的回归以及封包技术的提升,均是市场逐渐趋于理性的体现。而伴随着补贴退坡加速与市场竞争的加剧,相信会有更多的新技术出现。诸如燃料电池、全固态电池以及四元锂电池等,都令湃客满怀期待。最后,作为消费者的你,对于磷酸铁锂电池的“回归”有什么想说的呢?欢迎在下方与我们留言互动。

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