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2020年磷酸鐵鋰電池市場份額或將高增長
2020-05-20 13:05
來源:中國戰略新興產業

  中國戰略新興產業雜志融媒體記者 徐晨曦


  4月14日,工信部發布的第331批《道路機動車輛生產企業及產品公告》(以下簡稱《公告》)中,進行申報的新能源汽車共有306款(包括乘用車、客車以及專用車),其中采用磷酸鐵鋰電池的車輛占到了78%。對比今年前幾批公告可以發現,磷酸鐵鋰電池在新能源乘用車領域配套車型占比呈增長趨勢。

  三元鋰電池的多年簇擁者特斯拉討論電池的無鈷化;曾以鐵電池為標簽的比亞迪在幾年前轉為三元鋰電池后,最近又發布了基于磷酸鐵鋰的刀片電池;長安歐尚首次發布的電動車搭載了磷酸鐵鋰電池組......一度不被大家看好的磷酸鐵鋰電池又回到了人們視線中,業界認為其可能又要回歸主流之列。

  磷酸鐵鋰出現回升趨勢

  鋰電池具有體積小、重量輕、充電快、耐用等優點,小到手機電池,大到汽車電池都能看到它的身影,其中磷酸鐵鋰電池和三元材料電池是鋰電池目前的兩大分支。

  出于對安全性的要求,在客車和專用車領域,成本更低、產品技術相對更為成熟和安全的磷酸鐵鋰動力電池一直應用比率較高。具有更高電池比能量的三元鋰電池則大量應用在乘用車領域。新一批的《公告》中,磷酸鐵鋰電池在乘用車領域的配套從之前的不到2成占比上升至3成左右。

  磷酸鐵鋰(LiFePO4)是常用的鋰離子正極材料之一,在全充電狀態下具有良好的熱穩定性、較小的吸濕性和優良的充放電循環性能,是當今動力、儲能鋰離子電池領域研究和生產開發的重點。但由于其本身結構的限制,導致以磷酸鐵鋰為正極材料的鋰離子電池導電率差、鋰離子擴散速率慢,在低溫條件下放電性能較差。這就造成了早期搭載磷酸鐵鋰電池的車輛續航里程低,特別是在低溫工況下里程打折情況嚴重。

  為尋求續航里程突破,特別是新能源汽車補貼政策對于車輛的續航里程、能量密度、能耗等方面提出更高要求之后,雖然磷酸鐵鋰電池占有市場較早,但能量密度更高的三元鋰電池還是逐漸成為新能源乘用車市場中的主流。從最新的《公告》可以看到,雖然在乘用車領域磷酸鐵鋰電池占比出現回升,不過三元鋰電池占比仍在7成左右。

  安全性是最大優勢

  三元鋰電池正極材料一般采用鎳鈷鋁或鎳鈷錳組合,但材料的高活性除了帶來高能量密度,也帶來了高安全隱患。有不完全統計顯示,2019年新能源汽車自燃事故被提及次數較2018年增加14倍,特斯拉、蔚來、北汽、威馬等品牌都先后爆出過自燃事件。

  從事故中可以看到,起火主要發生在充電過程中,或是剛結束充電后,因為電池在長時間工作會出現升溫。三元鋰電池在超過200°C時,正極材料便容易發生分解,出現氧化反應導致快速熱失控從而劇烈燃燒。磷酸鐵鋰的橄欖石結構帶來的是高溫穩定性,其熱失控溫度達800°C,且產氣較少,因此相對更安全。這也是為什么基于安全性考慮,新能源客車普遍采用磷酸鐵鋰電池,而采用三元鋰電池的新能源客車暫時無法進入《新能源汽車推廣應用介紹車型目錄》。

  日前長安歐尚發布的旗下兩款電動車采用了磷酸鐵鋰電池,不同于一般車企將電動化重點放在了轎車,長安歐尚發布的兩款車型是SUV和MPV。長安歐尚研究院副總經理熊澤偉對本刊記者表示:“這標志著經過2年的努力,歐尚正式進入電動時代?!?/font>

  對于為何采用磷酸鐵鋰電池,熊澤偉表示,新能源汽車的安全性一直是用戶“痛點”之一,同樣也是企業最為關注的。出于這方面的考慮,新車搭載的磷酸鐵鋰電池組在中國汽車研究院,完成了高于1300°C的烈火炙烤、-20°C低溫靜置、3.5%鹽溶液靜置、11千牛外部壓力撞擊等極限測試,做到了“不怕熱、不怕冷、不怕水、不怕撞”的“四不怕”電池安全解決方案。

  據介紹,長安歐尚X7EV搭載最大功率150kW的永磁同步電機,續航里程超405公里,配備循環充電3000次的超長壽命電池,常溫下僅需半小時即可補充超過300公里續航里程?!皩嶋H由于制動能量回收系統的存在,在城市工況下車輛的續航能到420公里左右?!毙軡蓚パa充。

  工信部發布的《新能源汽車產業發展規劃(2021-2035年)》(征求意見稿)中提出,到2025年新能源汽車新車銷量占比25%左右。由此可見新能源汽車在未來的比重將會不斷提高,在此背景下,包括長安汽車在內,傳統自主品牌車企都在加速布局新能源汽車市場。

  鐵鋰電池再受市場關注

  三元材料極高的原材料成本也會對三元鋰電池的推廣造成負面影響,其中鈷元素是動力電池中最昂貴的金屬,在幾經腰斬陰跌后,當前的電解鈷平均每噸還要28萬元左右。而磷酸鐵鋰電池的原料為資源含量豐富的磷、鐵,成本更容易控制。所以雖然三元鋰動力電池能明顯提升新能源汽車的續航里程,出于安全和成本等方面考慮,各廠家并未放下磷酸鐵鋰電池方面的技術研發。

  去年寧德時代發布了CTP(Cell To Pack)技術。根據寧德時代公布的數據,CTP可將電池包體積利用率提高15%-20%,電池包零部件數量減少40%,生產效率提升50%,電池包能量密度提升10%-15%,該解決方案對于提高電池質量密度和體積能量密度效用明顯,并大幅降低動力電池的制造成本。對于CTP,國內的北汽新能源(EU5)、蔚來汽車(ES6)、威馬汽車、哪吒汽車等企業,已經表示將采用寧德時代的該技術。歐洲的巴士制造商VDL也表示會在年內引入。

  在新能源汽車補貼退坡的趨勢下,相比成本在0.8元/wh左右的三元鋰電池系統,目前磷酸鐵鋰系統成本0.65元/wh左右的報價顯得很有優勢,特別是在進行技術升級后,磷酸鐵鋰電池如今也能將車輛續航里程提升至400公里左右,因此又開始受到不少車企的重視。數據顯示,2019年7月補貼過渡期結束,磷酸鐵鋰裝機量當月值占比從8月的21.2%到12月的48.8%,一路呈快速上升趨勢。

  多年來一直采用著三元鋰電池的行業先鋒特斯拉如今也要向成本低頭。2020新能源汽車補貼方案顯示,超過30萬元的非換電車型無法獲得補貼。這促使特斯拉考慮加快Model 3向磷酸鐵鋰電池技術路線切換的進程。近日特斯拉CEO馬斯克表示在其接下來的“Battery Day”(電池大會)上將著重討論兩點,一是高性能電池技術,二是無鈷化電池。此消息一出,國際鈷價應聲下跌。

  還有報道稱,特斯拉及寧德時代正就低鈷或是無鈷電池合作進行討論,磷酸鐵鋰能滿足基礎版Model 3的需求。工信部數據顯示,基礎版Model 3續航里程約為450km,電池系統能量密度約為140-150wh/kg,總帶電量約為52kwh。目前寧德時代提供的可在15分鐘內補電至80%,采用輕量化設計電池包能量密度可達155Wh/kg,足以滿足以上要求。有分析稱,若特斯拉采用鐵鋰電池,單車電池成本有望降低7000-9000元。不過特斯拉方面回應,無鈷電池不代表一定就是磷酸鐵鋰電池。

  除了成本優勢,一度達到了技術天花板的磷酸鐵鋰電池能量密度又出現了提升。今年3月末,比亞迪發布了旗下產品刀片電池,其表示在同等體積下能量密度比傳統鐵電池提升約50%。另外相比傳統磷酸鐵鋰電池包,刀片電池包的成本下降20%-30%。

  所謂刀片電池,實際是一種通過增大電芯的長度,將電芯扁長化設計,來進一步改進電池包集成效率的技術。由于單體電芯較長且呈現扁平化,故命名為“刀片”。據了解,今明兩年內比亞迪旗下的新電動車型都將采用“刀片電池”技術。

  近日,財政部、工信部、科技部、國家發展改革委聯合發布《關于調整完善新能源汽車補貼政策的通知》明確要加快公共交通及特定領域汽車電動化進程,磷酸鐵鋰的安全性優勢和成本優勢有望進一步發揮??梢灶A見,隨著電動化的步伐逐漸加快,電池安全與能量密度的相關技術不斷提高,未來磷酸鐵鋰電池會同三元鋰電池共存的可能性會更大,而不是誰來代替誰。

  還有值得注意的是,5G基站場景中的需求也會使得磷酸鐵鋰電池需求出現大幅攀升達,有預測將達10GWh,而2019年我國全年磷酸鐵鋰動力電池裝機量是20.8GWh。受益于鐵鋰電池帶來的成本下降與競爭力提升,預計2020年磷酸鐵鋰市場份額會出現高增長。

  END

  來源:2020年5月18日期《中國戰略新興產業》

  編輯:趙涵

  審核:艾麗


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