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重启磷酸铁锂电池,是技术的“退步”还是资本的“让步”?
来源:E车汇 发布时间:2020-04-02

在新能源汽车刚刚进入市初期,进口与自主纯电动车型,最明显的区别就在于续航。介于技术与成本问题,自主品牌普遍选用磷酸铁锂动力电池。当年150公里的标杆续航,加上低温衰减严重,再加上难以寻觅的充电网络,敢于选购纯电动车型的早期车主,是绝对的“勇者”。

彼时,一句来自北京近郊出租司机的吐槽,令“E车汇”记忆尤深,“就这车夏天开空调也就能跑120公里,冬天不开空调才60公里,拉活连摩的都干不过。”正因如此,即使政策与补贴大力扶持,纯电动车型依旧无人问津。反观需要燃油指标、价格破百万的特斯拉 Model S,因高续航与高话题性备受欢迎,一度成为平行进口、二手车商眼中的“红人”。

随后,为寻求续航里程的突破,自主品牌纷纷将目光转向三元锂电池,磷酸铁锂的坚实拥护者比亚迪与腾势,也最终倒戈三元锂电池。根据相关资料显示,2016年三元锂电池的装机量为6.3GWh,市场份额为22.6%;至2019年,三元锂电池的装机量达38.5GWh,市场份额也攀升至61.7%。不过,就在磷酸铁锂的市场占比却逐年下滑的之际,比亚迪与特斯拉先后宣布,将通过“刀片电池”技术重启磷酸铁锂电池以及采用“无钴化”电池。

难道方向错了?磷酸铁锂卷土重来

早在2018年,特斯拉马斯克就表示要实现电池“无钴”化,近期更是传出特斯拉与宁德时代正就“无钴”电池技术进行商讨。紧接着比亚迪展示了最新刀片电池,并表示搭载新型电池的比亚迪汉EV即将接受市场考验。

首先简单解释一下磷酸铁锂电池与三元锂电池的“爱恨情仇”,续航一直是评定纯电动车型的基础要素,不过受制于动力电池布局空间,简单的堆积电池并不能完全解决问题,因此提升电池能量密度便成为突破方向。再加上国内补贴政策的倾斜,长续航、高密度成为车企技术靠拢方向,三元锂电池一度成为新车核心卖点。

实际上,磷酸铁锂与三元锂电池最大的区别在于正极材料的不同,磷酸铁锂电池正极材质为磷酸铁锂,三元锂电池则采用镍钴铝或镍钴锰。三元锂电池的优势在于高能量密度,缺点在于成本与安全隐患。目前,主流厂家已经通过技术手段,增加电池主动温控系统控制热失控风险,但原材料成本问题暂时无法通过技术手段解决。

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。因此,在补贴大幅下滑的背景下,磷酸铁锂电池又重新被重视。

比亚迪“刀片”划破三元锂封锁

在国内乘用车普遍搭载三元锂电池的情况下,磷酸铁锂电池依旧占据近40%的市场占有率,主要贡献在于对安全性需求极高的商用车领域。比亚迪虽然在乘用车妥协三元锂电池,而在商用车领域并没有遗失自身优势。

在磷酸铁锂电池能量密度并未突破的前提下,比亚迪在电池结构与电池包设计方面进行了改善,刀片电池采用长条形状,并列排布在动力电池包内部。紧密的排列结构,取代了动力电池包内部原有的横梁与纵梁结构,并减少不必要的模组外壳结构,有效提升了电池包内部空间使用率,从而提升整体电池包能量密度。

与此同时,刀片电池不仅能直接封装成动力电池模组,并增加温度管理系统接触面积,提高冷却或加热性能,降低温控系统的额外损耗。同时,不同车型只需改变刀片电池长短,便可适应不同车型,增强了刀片的电池适应性。

三元锂电池固然在能量密度方面,有着很强的拓展能力,但高活性带来的高密度也有着高风险。进入2019年之后,因热失控导致的自燃情况明显增加,安全问题逐渐成为焦点。近期比亚迪就针对安全问题,展示了三元锂电池、磷酸铁锂块状电池、比亚迪刀片电池受针刺之后的不同表现。

当钢针将动力电池电芯刺穿导致电芯发生短路时,三元锂电池出现剧烈温度变化,表面温度迅速超过500℃,且发生极端热失控剧烈燃烧。传统磷酸锂电池在被刺穿后虽未有明火,但是冒白烟且表面温度达到200℃-400℃。刀片电池在被穿透后,无明火、无烟,同时电池表面温度仅为30℃-60℃。中国科学院院士欧阳明高认为:“这主要得益于刀片电池独特的设计特性,使得它在短路时产热少、散热快。”此外,比亚迪内部工程师向“E车汇”透露:“至2021年包括纯电、插混车型均会普及刀片电池的应用。”

特斯拉如何玩转“无钴”化

除了比亚迪之外,现在特斯拉也在追求新型电池的路上越走越远。2018年,特斯拉CEO马斯克发布推文称,Model 3的电池中有不到3%的钴,将改进技术,争取在下一代电池中完全抛弃钴。特斯拉传出“无钴化”后,导致钴板块的股票大跌,磷酸铁锂相关股票多日涨停。

实际上,从2017年开始全球钴材料价格走势就持续走高。已经看到国产Model 3因价格优势,销量持续走高的特斯拉。从落地国产之后,一直不断加快零部件国产化,作为成本核心的动力电池,特斯拉一方面已经与宁德时代达成协议,另一方面也在探讨“无钴化”电池的可行性。

尽管磷酸铁锂在价格与安全方面,有着其固有优势,但其能量密度提升空间并不大。以高续航赢得市场关注的特斯拉,固然不会自废武功。实际上,特斯拉看上的是宁德时代的CTP无模组动力电池包技术。

在纯电动车上,电池并不是裸露的单独存在的,需要众多用众多电芯组成电池模组,通过串并联增加电池容量或电池电压,同时还需要配备电池管理系统、温控装置、保护壳体等等。这些额外增加的重量,都需要平摊电池能量密度。

宁德时代的CTP无模组动力电池包技术简单来说,就是去除了电池模组概念,采用模块化设计,增加动力电池的满舱率。一方面降低额外重量,另一方面增加装载量。目前,宁德时代为大众e-Delivery系列车型提供的CTP磷酸铁锂电池的电池包,能量密度已经达到160Wh/kg,因此磷酸铁锂电池的能量密度与续航能力不再是问题。

目前,宁德时代的CTP电池包零部件数量减少40%,CTP电池包体积利用率提高了15%-20%,生产效率提升了50%,可大幅降低动力电池的制造成本。因此,才让特斯拉看到了国产车型应用“无钴化”电池包的可能。

控制电池成本一直是车企突破方向,早在2019年,江淮推出的iEV7L便装配磷酸铁锂电池,保障终端售价足够亲民。如今在磷酸铁锂电池技术仍未大幅突破的前提下,宁德时代与比亚迪通过改善电池结构,优化内部不必要的额外重量,提升整体电池包能量密度,同时兼顾成本与续航需求,让磷酸铁锂电池重获竞争力。

不过,对于磷酸铁锂电池的重回主角,也有不少反对的声音。因此,乘联会秘书长崔东树认为:“磷酸铁锂电池能量密度暂无任何突破,不会在近期有重大突破,预计相比2019年市场占有率会有所下降。”




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关键词标签:锂电池|技术

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