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重啟磷酸鐵鋰離子電池,是技術的“退步”還是資本的“讓步”?

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2020年04月27日  

在新能源汽車剛剛進入市初期,進口與自主純電動汽車型,最明顯的差別就在于續航。介于技術與成本問題,自主品牌普遍選用磷酸鐵鋰動力鋰電池。當年150公里的標桿續航,加上低溫衰減嚴重,再加上難以尋覓的充電網絡,敢于選購純電動汽車型的早期車主,是絕對的“勇者”。


彼時,一句來自北京近郊出租司機的吐槽,令“E車匯”記憶尤深,“就這車夏天開空調也就能跑120公里,冬天不開空調才60公里,拉活連摩的都干不過。”正因如此,即使政策與補貼大力扶持,純電動汽車型依舊無人問津。反觀要燃油指標、價格破百萬的特斯拉ModelS,因高續航與高話題性備受歡迎,一度成為平行進口、二手車商眼中的“紅人”。


隨后,為尋求續航里程的突破,自主品牌紛紛將目光轉向三元鋰離子電池,磷酸鐵鋰的堅實擁護者比亞迪與騰勢,也最終倒戈三元鋰離子電池。根據相關資料顯示,2016年三元鋰離子電池的裝機量為6.3GWh,市場份額為22.6%;至2019年,三元鋰離子電池的裝機量達38.5GWh,市場份額也攀升至61.7%。不過,就在磷酸鐵鋰的市場占比卻逐年下降的之際,比亞迪與特斯拉先后宣布,將通過“刀片電池”技術重啟磷酸鐵鋰離子電池以及采用“無鈷化”電池。


難道方向錯了?磷酸鐵鋰卷土重來


早在2018年,特斯拉馬斯克就表示要實現電池“無鈷”化,近期更是傳出特斯拉與寧德時代正就“無鈷”電池技術進行商討。緊接著比亞迪展示了最新刀片電池,并表示搭載新型電池的比亞迪漢EV即將接受市場考驗。


首先簡單解釋一下磷酸鐵鋰離子電池與三元鋰離子電池的“愛恨情仇”,續航一直是評定純電動汽車型的基礎要素,不過受制于動力鋰電池布局空間,簡單的堆積電池并不能完全解決問題,因此提升電池能量密度便成為突破方向。再加上國內補貼政策的傾斜,長續航、高密度成為車企技術靠攏方向,三元鋰離子電池一度成為新車核心賣點。


實際上,磷酸鐵鋰與三元鋰離子電池最大的差別在于正極材料的不同,磷酸鐵鋰離子電池正極材質為磷酸鐵鋰,三元鋰離子電池則采用鎳鈷鋁或鎳鈷錳。三元鋰離子電池的優勢在于高能量密度,缺點在于成本與安全隱患。目前,主流廠家已經通過技術手段,新增電池主動溫控系統控制熱失控風險,但原材料成本問題暫時無法通過技術手段解決。


根據真鋰研究的數據顯示,截至2019年年底,國內三元鋰離子電池包的單價為1.05元/Wh;磷酸鐵鋰離子電池包的單價為0.8元/Wh。因此,在補貼大幅下降的背景下,磷酸鐵鋰離子電池又重新被重視。


比亞迪“刀片”劃破三元鋰封鎖


在國內乘用車普遍搭載三元鋰離子電池的情況下,磷酸鐵鋰離子電池依舊占據近40%的市場占有率,重要貢獻在于對安全性需求極高的商用車領域。比亞迪雖然在乘用車妥協三元鋰離子電池,而在商用車領域并沒有遺失自身優勢。


在磷酸鐵鋰離子電池能量密度并未突破的前提下,比亞迪在電池結構與電池包設計方面進行了改善,刀片電池采用長條形狀,并列排布在動力鋰電池包內部。緊密的排列結構,取代了動力鋰電池包內部原有的橫梁與縱梁結構,并減少不必要的模組外殼結構,有效提升了電池包內部空間使用率,從而提升整體電池包能量密度。


與此同時,刀片電池不僅能直接封裝成動力鋰電池模組,并新增溫度管理系統接觸面積,提高冷卻或加熱性能,降低溫控系統的額外損耗。同時,不同車型只需改變刀片電池長短,便可適應不同車型,增強了刀片的電池適應性。


三元鋰離子電池固然在能量密度方面,有著很強的拓展能力,但高活性帶來的高密度也有著高風險。進入2019年之后,因熱失控導致的自燃情況明顯新增,安全問題逐漸成為焦點。近期比亞迪就針對安全問題,展示了三元鋰離子電池、磷酸鐵鋰塊狀電池、比亞迪刀片電池受針刺之后的不同表現。


當鋼針將動力鋰電池電芯刺穿導致電芯發生短路時,三元鋰離子電池出現劇烈溫度變化,表面溫度迅速超過500℃,且發生極端熱失控劇烈燃燒。傳統磷酸鋰離子電池在被刺穿后雖未有明火,但是冒白煙且表面溫度達到200℃-400℃。刀片電池在被穿透后,無明火、無煙,同時電池表面溫度僅為30℃-60℃。我國科學院院士歐陽明高認為:“這重要得益于刀片電池獨特的設計特性,使得它在短路時產熱少、散熱快。”此外,比亞迪內部工程師向“E車匯”透露:“至2021年包括純電、插混車型均會普及刀片電池的應用。”


特斯拉如何玩轉“無鈷”化


除了比亞迪之外,現在特斯拉也在追求新型電池的路上越走越遠。2018年,特斯拉CEO馬斯克公布推文稱,Model3的電池中有不到3%的鈷,將改進技術,爭取在下一代電池中完全拋棄鈷。特斯拉傳出“無鈷化”后,導致鈷板塊的股票大跌,磷酸鐵鋰相關股票多日漲停。


實際上,從2017年開始全球鈷材料價格走勢就持續走高。已經看到國產Model3因價格優勢,銷量持續走高的特斯拉。從落地國產之后,一直不斷加快零部件國產化,作為成本核心的動力鋰電池,特斯拉一方面已經與寧德時代達成協議,另一方面也在探討“無鈷化”電池的可行性。


盡管磷酸鐵鋰在價格與安全方面,有著其固有優勢,但其能量密度提升空間并不大。以高續航贏得市場關注的特斯拉,固然不會自廢武功。實際上,特斯拉看上的是寧德時代的CTp無模組動力鋰電池包技術。


在純電動汽車上,電池并不是裸露的單獨存在的,要眾多用眾多電芯組成電池模組,通過串并聯新增電池容量或電池電壓,同時還要配備電池管理系統、溫控裝置、保護殼體等等。這些額外新增的重量,都要平攤電池能量密度。


寧德時代的CTp無模組動力鋰電池包技術簡單來說,就是去除了電池模組概念,采用模塊化設計,新增動力鋰電池的滿艙率。一方面降低額外重量,另一方面新增裝載量。目前,寧德時代為大眾e-Delivery系列車型供應的CTp磷酸鐵鋰離子電池的電池包,能量密度已經達到160Wh/kg,因此磷酸鐵鋰離子電池的能量密度與續航能力不再是問題。


目前,寧德時代的CTp電池包零部件數量減少40%,CTp電池包體積利用率提高了15%-20%,生產效率提升了50%,可大幅降低動力鋰電池的制造成本。因此,才讓特斯拉看到了國產車型應用“無鈷化”電池包的可能。


在“E車匯”看來,控制電池成本一直是車企突破方向,早在2019年,江淮推出的iEV7L便裝配磷酸鐵鋰離子電池,保障終端售價足夠親民。如今在磷酸鐵鋰離子電池技術仍未大幅突破的前提下,寧德時代與比亞迪通過改善電池結構,優化內部不必要的額外重量,提升整體電池包能量密度,同時兼顧成本與續航需求,讓磷酸鐵鋰離子電池重獲競爭力。


不過,關于磷酸鐵鋰離子電池的重回主角,也有不少反對的聲音。因此,乘聯會秘書長崔東樹認為:“磷酸鐵鋰離子電池能量密度暫無任何突破,不會在近期有重大突破,預計相比2019年市場占有率會有所下降。”


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