「我更喜歡磷酸鐵鋰電池!」
8 月底,馬斯克在推特盛贊鐵鋰電池,「鐵鋰電池的使用體驗和三元電池一樣!而且它可以充電到 100%!」,他還確認接下來在美銷售的標續升級版 Model 3 將換裝磷酸鐵鋰電池,續航從 263 英里調整到 253 英里,但價格保持不變。
作為特斯拉重要的電池供應商,寧德時代聽聞此消息也是「凡爾賽」地在微博截圖轉發了馬斯克的推特。
從刀片電池到特斯拉的「無鈷」,隨著市場對鐵電池的日漸看好,資本市場更是一路飄紅,短短一年時間里,相關概念股已漲幅超過 100%。
磷酸鐵鋰電池真有那么好?
現階段磷酸鐵鋰電池的制取主要是「磷酸鐵+碳酸鋰+碳源」的路線,早年磷酸鐵都需進口,成本高昂,隨著原料的進一步國產化,磷酸鐵的成本愈加低廉,加上「鐵」元素隨處可得,相比「鎳鈷」這類稀有金屬,成本優勢巨大。
所以磷酸鐵鋰的第一優勢就是便宜。成本對于電動汽車這樣的大規模工業品來說,非常重要。
第二點很重要的就是安全性,安全體現在三個方面:
1、磷酸鐵鋰晶體中的 P-O 鍵穩固,難以分解,即便在高溫或過充時也不會像鈷酸鋰一樣結構崩塌發熱或是形成強氧化性物質;
2、磷酸鐵鋰電池組在高溫下的穩定性,可達 390℃ 以上,保證了鋰電池組內在的高安全性,不會因過充、溫度過高、短路、撞擊而產生爆炸或燃燒,可以輕松通過針剌實驗;
3、燃燒需要外部提供氧氣,一旦氧氣源被切斷,火就能熄滅。在極端的情況下,磷酸鐵鋰的燃燒也不激烈,而且火勢擴大也比較緩慢,起火也比較容易被撲滅。
總結為幾個詞就是耐高溫、不易燃、高壽命。事實證明,搭載鐵電池的新能源車發生自燃的概率要比三元電池的車低得多。
便宜、安全、壽命高,磷酸鐵鋰電池樣樣戳中車廠的痛點。
車企爭先恐后,磷酸鐵鋰再遇「上車熱」
熟悉動力電池產業應該還記得,2008~2010 年年間,鐵鋰電池就在國內開始燃起星星之火,彼時的北京公交和奧運大巴便搭載了鐵鋰電池,給人們留下了深刻的印象。隨后,灑水車、垃圾車、掃地車等一系列市政作業的商用車開始使用鐵鋰電池。
到了 2014~2016 年這段時間里,鐵鋰電池迎來高光時刻。2015 年,鐵鋰電池產能達到 10.86 GWh,此時的三元電池僅有 4.26GWh,磷酸鐵鋰電池可謂供不應求。
2017 年開始,磷酸鐵鋰電池迎來了政策的當頭一棒。當時的新能源補貼政策格外青睞電池包能量密度:誰的能量密度高,誰就可以多拿補貼!于是乎,天生不善于高能量密度的鐵鋰電池只能敗下陣來,被三元電池取代了昔日的霸主地位。
近年來,隨著政策調整,補貼上限被「鎖死」,更高的能量密度已經無法換取更高額的補貼,加上三元鋰頻頻「失火」,車廠開始理性看待電池的配方問題,而不再盲目追求高密度。此時的鐵鋰電池因為結構工藝創新,在能量密度上也沒有當年那么拉胯了。
春天來了!
數據顯示,今年 1~7 月,我國動力電池裝車量累計達到 63.8GWh,其中三元電池裝車量為 35.6GWh, 占總裝車量 55.8%;磷酸鐵鋰電池裝車量累計 28.0GWh, 占總裝車量 43.9%。
需要強調的是,三元電池在過去七個月里同比累計增幅是 124.3%,而鐵鋰電池卻達到了驚人的 333.0%!雖然后者的裝車量依然和三元電池有相當的差距,但在巨大增幅面前,這個差距正在越來越小。
高工產研推測,今年全年,國內磷酸鐵鋰電池的出貨量預計將達到 90GWh;華安證券也給出了相應預測:中性假設下,預計 2025 年磷酸鐵鋰電池出貨量將達到 343GWh,其中動力約 188GWh,基站約 10GWh,儲能約 28GWh,電動化船舶約 35GWh,鉛酸替代領域約 82GWh。
那么這些鐵電池都去哪兒了?
事實上,下至五菱宏光 MINI EV,上至特斯拉 Model 3、小鵬 P7,目前均有磷酸鐵鋰版本,當然還是有磷酸鐵鋰忠實擁躉——比亞迪家的漢 EV。
上述車型均是當下電車市場極為暢銷的產品,鐵鋰電池版本小鵬 P7 的推出更是在今年為小鵬創下了月度交付記錄。
甚至是揚言不賣三十萬以下的蔚來也打起了磷酸鐵鋰的主意,今年 4 月,蔚來申請了一項新的電池專利,新的 75kWh 電池采用最新的三元+磷酸鐵鋰材料混裝技術。
簡單來說就是將兩者的組合型電池模組串聯起來,共同集成同一個電池包內,從而構成了雙體系電池系統。這兩者的比例有可能是 5:1、3:1、甚至是 1:1。要想降低成本,只要提高鐵電池的比重即可。
在此之前,業界便有消息傳出蔚來正與寧德時代在共同測試磷酸鐵鋰版車型,新車不日便將推出,對此李斌曾回應道「我們在做各種可能性的討論,短期內不會量產使用,而且磷酸鐵鋰其實也占不了那么多(比例)。」
不難看出李斌話中的意思,蔚來會用鐵鋰電池,但可能用得很少。
磷酸鐵鋰好是好,但缺點同樣致命
雖然鐵鋰電池的優勢明顯,但劣勢同樣格外突出。千萬別上當,馬斯克口中的「鐵鋰電池和三元電池體驗一致」完全是「自賣自夸」的營銷措辭。
首要缺點依然是能量密度。雖然比亞迪的「刀片電池」技術、寧德時代的 CTP 技術已經讓鐵鋰電池的整包能量密度有效提升,但鐵鋰電池相比三元電池的能量密度差距依然很大,最牛掰的鐵鋰電池能量密度也只能做到 190Wh/Kg,剛剛追上三元鋰。
在產業界,磷酸鐵鋰發展這二十多年來,在材料科學上基本沒有什么創新之處,多數的進步都來自于工藝的優化,這就導致鐵鋰電池很難有巨大的突破。
北京大學化學學院副院長陳繼濤認為,目前提升鐵鋰電池能量密度的辦法就是優化電池的材料設計,將磷酸鐵鋰的顆粒做大,增強其導電性。
另一個讓人頭疼的就是鐵鋰電池的低溫性能,磷酸鐵鋰的耐寒性非常差,到零度以下便會性能打折,主要體現在輸出無力、續航大幅縮短等方面。
陳院長認為,要想改善鐵鋰電池的低溫性能,核心點在于顆粒內部離子和電子傳輸,主要方法有三:進行離子摻雜、引入快離子導體、構建內部的離子三維通道。
這些術語都比較硬核,實現起來也比較復雜,從現階段量產的實際表現來看,「不怕冷」的磷酸鐵鋰電池還不存在,依然是「道阻且長」。
磷酸鐵鋰還有一個顯著缺點就是 SOC 不精準,也就是我們常說的「歡樂表」,表顯續航和實際續航出入很大,這給用戶體驗造成了很大的困擾。一來用戶無法對車輛續航做到心中有數;二來沒有一個精準的 SOC 數據,BMS 系統就很難對電池制定科學的控制策略。
迄今為止,這個問題依舊沒有一個完善的解決方案。強如特斯拉,它的磷酸鐵鋰 Model 3 也同樣存在這樣的問題。
上文我們提到蔚來的電池新專利,其實對應這套雙體系電池系統,蔚來還有一項 SOC 估算方法的專利。
術語很復雜,簡單來說,就是拿較為準確的三元鋰 SOC 去估算整個電池系統的 SOC。由于三元電池和鐵鋰電池的特性不同,此專利方法還會對電池衰減以及衰減速率的不同進行動態調整,始終保證三元電池 SOC 的準確性。
最后就是關于回收問題,國家的要求是誰制造誰負責回收。
光大證券曾給出這樣一組數據:回收 1 噸三元電池,成本約 21900元;回收 1 噸鐵鋰電池的成本約 21400 元。
也就是說兩者的回收成本相當,但問題來了,三元電池的回收價值要遠高于鐵鋰電池,三元中的鎳,鈷等稀有金屬可比鐵值錢多了。而北京大紅門儲能站的爆炸,也讓退役電池用作儲能這件事的安全性畫上了問號。
回收價值低也就意味著回收成本需要轉嫁給生產成本,那么只有鐵鋰電池的成本能夠進一步降低,才能平衡這筆支出,而這筆賬至今沒有人算清過,但隨著鐵鋰電池越來越多,這必須得算得明明白白。
寫在最后
當下的磷酸鐵鋰就是一個矛盾體,它有著親民的成本和友好的安全性,但卻笨重、怕冷還「糊涂」。它是車企的降本利器;它也是北方用戶的惡夢;它回收價值極低;它重度依賴工藝創新。
不管怎么樣,鐵鋰電池僅憑能量密度一點就永遠無法取代三元鋰電池,北方車主也無法接受它的冬季性能,即便馬斯克「叫囂」著未來三分之二的特斯拉都要用上磷酸鐵鋰,但消費者不買賬就是句空話。
來源:第一電動網
作者:電動星球News蟹老板
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