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2020年磷酸铁锂电池市场份额或将高增长
2020-05-20 13:05
来源:中国战略新兴产业

  中国战略新兴产业杂志融媒体记者 徐晨曦


  4月14日,工信部发布的第331批《道路机动车辆生产企业及产品公告》(以下简称《公告》)中,进行申报的新能源汽车共有306款(包括乘用车、客车以及专用车),其中采用磷酸铁锂电池的车辆占到了78%。对比今年前几批公告可以发现,磷酸铁锂电池在新能源乘用车领域配套车型占比呈增长趋势。

  三元锂电池的多年簇拥者特斯拉讨论电池的无钴化;曾以铁电池为标签的比亚迪在几年前转为三元锂电池后,最近又发布了基于磷酸铁锂的刀片电池;长安欧尚首次发布的电动车搭载了磷酸铁锂电池组......一度不被大家看好的磷酸铁锂电池又回到了人们视线中,业界认为其可能又要回归主流之列。

  磷酸铁锂出现回升趋势

  锂电池具有体积小、重量轻、充电快、耐用等优点,小到手机电池,大到汽车电池都能看到它的身影,其中磷酸铁锂电池和三元材料电池是锂电池目前的两大分支。

  出于对安全性的要求,在客车和专用车领域,成本更低、产品技术相对更为成熟和安全的磷酸铁锂动力电池一直应用比率较高。具有更高电池比能量的三元锂电池则大量应用在乘用车领域。新一批的《公告》中,磷酸铁锂电池在乘用车领域的配套从之前的不到2成占比上升至3成左右。

  磷酸铁锂(LiFePO4)是常用的锂离子正极材料之一,在全充电状态下具有良好的热稳定性、较小的吸湿性和优良的充放电循环性能,是当今动力、储能锂离子电池领域研究和生产开发的重点。但由于其本身结构的限制,导致以磷酸铁锂为正极材料的锂离子电池导电率差、锂离子扩散速率慢,在低温条件下放电性能较差。这就造成了早期搭载磷酸铁锂电池的车辆续航里程低,特别是在低温工况下里程打折情况严重。

  为寻求续航里程突破,特别是新能源汽车补贴政策对于车辆的续航里程、能量密度、能耗等方面提出更高要求之后,虽然磷酸铁锂电池占有市场较早,但能量密度更高的三元锂电池还是逐渐成为新能源乘用车市场中的主流。从最新的《公告》可以看到,虽然在乘用车领域磷酸铁锂电池占比出现回升,不过三元锂电池占比仍在7成左右。

  安全性是最大优势

  三元锂电池正极材料一般采用镍钴铝或镍钴锰组合,但材料的高活性除了带来高能量密度,也带来了高安全隐患。有不完全统计显示,2019年新能源汽车自燃事故被提及次数较2018年增加14倍,特斯拉、蔚来、北汽、威马等品牌都先后爆出过自燃事件。

  从事故中可以看到,起火主要发生在充电过程中,或是刚结束充电后,因为电池在长时间工作会出现升温。三元锂电池在超过200°C时,正极材料便容易发生分解,出现氧化反应导致快速热失控从而剧烈燃烧。磷酸铁锂的橄榄石结构带来的是高温稳定性,其热失控温度达800°C,且产气较少,因此相对更安全。这也是为什么基于安全性考虑,新能源客车普遍采用磷酸铁锂电池,而采用三元锂电池的新能源客车暂时无法进入《新能源汽车推广应用介绍车型目录》。

  日前长安欧尚发布的旗下两款电动车采用了磷酸铁锂电池,不同于一般车企将电动化重点放在了轿车,长安欧尚发布的两款车型是SUV和MPV。长安欧尚研究院副总经理熊泽伟对本刊记者表示:“这标志着经过2年的努力,欧尚正式进入电动时代。”

  对于为何采用磷酸铁锂电池,熊泽伟表示,新能源汽车的安全性一直是用户“痛点”之一,同样也是企业最为关注的。出于这方面的考虑,新车搭载的磷酸铁锂电池组在中国汽车研究院,完成了高于1300°C的烈火炙烤、-20°C低温静置、3.5%盐溶液静置、11千牛外部压力撞击等极限测试,做到了“不怕热、不怕冷、不怕水、不怕撞”的“四不怕”电池安全解决方案。

  据介绍,长安欧尚X7EV搭载最大功率150kW的永磁同步电机,续航里程超405公里,配备循环充电3000次的超长寿命电池,常温下仅需半小时即可补充超过300公里续航里程。“实际由于制动能量回收系统的存在,在城市工况下车辆的续航能到420公里左右。”熊泽伟补充。

  工信部发布的《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》(征求意见稿)中提出,到2025年新能源汽车新车销量占比25%左右。由此可见新能源汽车在未来的比重将会不断提高,在此背景下,包括长安汽车在内,传统自主品牌车企都在加速布局新能源汽车市场。

  铁锂电池再受市场关注

  三元材料极高的原材料成本也会对三元锂电池的推广造成负面影响,其中钴元素是动力电池中最昂贵的金属,在几经腰斩阴跌后,当前的电解钴平均每吨还要28万元左右。而磷酸铁锂电池的原料为资源含量丰富的磷、铁,成本更容易控制。所以虽然三元锂动力电池能明显提升新能源汽车的续航里程,出于安全和成本等方面考虑,各厂家并未放下磷酸铁锂电池方面的技术研发。

  去年宁德时代发布了CTP(Cell To Pack)技术。根据宁德时代公布的数据,CTP可将电池包体积利用率提高15%-20%,电池包零部件数量减少40%,生产效率提升50%,电池包能量密度提升10%-15%,该解决方案对于提高电池质量密度和体积能量密度效用明显,并大幅降低动力电池的制造成本。对于CTP,国内的北汽新能源(EU5)、蔚来汽车(ES6)、威马汽车、哪吒汽车等企业,已经表示将采用宁德时代的该技术。欧洲的巴士制造商VDL也表示会在年内引入。

  在新能源汽车补贴退坡的趋势下,相比成本在0.8元/wh左右的三元锂电池系统,目前磷酸铁锂系统成本0.65元/wh左右的报价显得很有优势,特别是在进行技术升级后,磷酸铁锂电池如今也能将车辆续航里程提升至400公里左右,因此又开始受到不少车企的重视。数据显示,2019年7月补贴过渡期结束,磷酸铁锂装机量当月值占比从8月的21.2%到12月的48.8%,一路呈快速上升趋势。

  多年来一直采用着三元锂电池的行业先锋特斯拉如今也要向成本低头。2020新能源汽车补贴方案显示,超过30万元的非换电车型无法获得补贴。这促使特斯拉考虑加快Model 3向磷酸铁锂电池技术路线切换的进程。近日特斯拉CEO马斯克表示在其接下来的“Battery Day”(电池大会)上将着重讨论两点,一是高性能电池技术,二是无钴化电池。此消息一出,国际钴价应声下跌。

  还有报道称,特斯拉及宁德时代正就低钴或是无钴电池合作进行讨论,磷酸铁锂能满足基础版Model 3的需求。工信部数据显示,基础版Model 3续航里程约为450km,电池系统能量密度约为140-150wh/kg,总带电量约为52kwh。目前宁德时代提供的可在15分钟内补电至80%,采用轻量化设计电池包能量密度可达155Wh/kg,足以满足以上要求。有分析称,若特斯拉采用铁锂电池,单车电池成本有望降低7000-9000元。不过特斯拉方面回应,无钴电池不代表一定就是磷酸铁锂电池。

  除了成本优势,一度达到了技术天花板的磷酸铁锂电池能量密度又出现了提升。今年3月末,比亚迪发布了旗下产品刀片电池,其表示在同等体积下能量密度比传统铁电池提升约50%。另外相比传统磷酸铁锂电池包,刀片电池包的成本下降20%-30%。

  所谓刀片电池,实际是一种通过增大电芯的长度,将电芯扁长化设计,来进一步改进电池包集成效率的技术。由于单体电芯较长且呈现扁平化,故命名为“刀片”。据了解,今明两年内比亚迪旗下的新电动车型都将采用“刀片电池”技术。

  近日,财政部、工信部、科技部、国家发展改革委联合发布《关于调整完善新能源汽车补贴政策的通知》明确要加快公共交通及特定领域汽车电动化进程,磷酸铁锂的安全性优势和成本优势有望进一步发挥。可以预见,随着电动化的步伐逐渐加快,电池安全与能量密度的相关技术不断提高,未来磷酸铁锂电池会同三元锂电池共存的可能性会更大,而不是谁来代替谁。

  还有值得注意的是,5G基站场景中的需求也会使得磷酸铁锂电池需求出现大幅攀升达,有预测将达10GWh,而2019年我国全年磷酸铁锂动力电池装机量是20.8GWh。受益于铁锂电池带来的成本下降与竞争力提升,预计2020年磷酸铁锂市场份额会出现高增长。

  END

  来源:2020年5月18日期《中国战略新兴产业》

  编辑:赵涵

  审核:艾丽


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