在上周,工信部发布了第331批《道路机动车辆生产企业及产品公告》,在此次公告中,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),而有意思的是,在这306款新能源车型中,采用磷酸铁锂电池的车辆占比78%。即便是只看新能源乘用车领域,本次公告中搭载磷酸铁锂电池的车型占比也达到了将近30%。
经常关注工信部公告的朋友相信也有所了解,今年早些时候出现在公告中的比亚迪汉、北汽EU5、上汽荣威Ei5均采用了磷酸铁锂电池,这也意味着磷酸铁锂电池正在悄然回归新能源乘用车领域。那么究竟是什么原因让车企和电池企业重回磷酸铁锂电池的怀抱?磷酸铁锂电池的优势和短板又有哪些呢?下面我们就一起来看看。
[ ·1· 331批公告中磷酸铁锂电池车型占比八成 ]
在最新一批的工信部公告中,搭载磷酸铁锂电池的车型占比接近80%,当然这在一定程度上是因为,公告中有大量客车、专用车,而这些大型车辆一直对于磷酸铁锂电池偏爱有加。而当我们将目光转回到新能源乘用车领域,我们会发现,在最近的几批公告中,搭载磷酸铁锂电池的乘用车也在逐渐增加。
在2020年,工信部至今发布了328-331批公告,在这4次公告中,我们会发现,磷酸铁锂电池车型的占比在329批小幅下滑后便一直爬升,而在最近的331批公告中,新能源乘用车搭载磷酸铁锂电池的车型占比达到了29.8%,接近三成。这也意味着在2020年,磷酸铁锂电池正在悄然回归新能源乘用车领域。
[ ·2· 乘用车为何重回磷酸铁锂电池怀抱? ]
(1)三元锂电池一定程度上是政策的选择
其实近年来新能源乘用车转向三元锂电池,很大一部分原因是受到补贴政策的影响。在2017年到2019年这几年的时间里,新能源车电池系统能量密度的门槛由90Wh/kg提升到了120Wh/kg。2017年电池能量密度的门槛为90Wh/kg;到了2018年,这一数值变成了105Wh/kg,而且系数只有0.6,想要补贴系数到1的话,就要达到120Wh/kg以上;而到了2019年,电池能量密度的门槛提升至120Wh/kg,系数依旧只有0.6,想要补贴系数到1的话,就必须达到140Wh/kg以上。
补贴政策对于能量密度要求的不断提升,让在这部分并不占优势的磷酸铁锂电池逐渐淡出了市场,甚至连磷酸铁锂电池起家的比亚迪,也在近几年将旗下车型转型三元锂电池,直到最近磷酸铁锂“刀片电池”的出现,这个我们后边会提到。
虽然在年初的中国电动汽车百人会论坛上,工信部部长苗圩表示:“2020年7月1日,新能源汽车补贴不再进一步退坡。”但不可否认的是,随着时间的推移,新能源车终将面临补贴完全退坡的一天。而这一天的临近,让不少电池企业以及车企开始了长远考虑,这时候成本更低的磷酸铁锂电池便再次回到了大家的视野。
(2)磷酸铁锂电池的优势何在?
首先,正如上文所说,磷酸铁锂电池在成本方面相较于三元锂电池有着一定的优势。三元锂电池所必需的钴元素在我国储量较少,大部分靠海外进口,所以三元锂电池的成本一直居高不下。而对于磷酸铁锂电池来说,其不含钴等贵重元素,原料为资源含量丰富的磷、铁,所以成本相对容易控制。以宁德时代为例,其磷酸铁锂电池系统成本为0.8元/Wh,而三元锂电池系统成本则为1-1.2元/Wh。
其次,磷酸铁锂电池的循环寿命更长,因为磷酸铁锂电池充放电循环次数大于3500次后才会开始衰减,但三元锂电池充放电循环次数则仅为2000次,两者之间的差距还是非常显而易见的。
第三,在热稳定性方面,磷酸铁锂电池也更加出色,其电热峰值可达350-500℃,磷酸铁锂电池正极材料的分解温度在700℃左右。而三元锂电池分解温度在250-350℃左右,此时内部化学成分开始分解,释放氧分子,在高温作用下电解液会迅速燃烧,增加电池发生自燃及爆炸的风险。因此搭载三元锂电池的车型对电池管理系统提出了极高的要求。
(3)磷酸铁锂的短板又有哪些?
当然,磷酸铁锂电池也存在着自己的短板,首先在于低温性能部分。三元锂电池的低温性能优异,在-20℃条件下可保持正常电池容量的约70%-80%,磷酸铁锂电池在-20℃条件下只能保持正常电池容量的约50%-60%。所以对于冬季和夏季温度差异较大的北方城市来说,磷酸铁锂电池并不是很好的选择。
其次就是我们之前说到过的能量密度的问题,除了政策导向的因素以外,不得不承认,高能量密度电池对于新能源车来说还是至关重要的。磷酸铁锂电池由于能量密度较低,所以在相同电池容量时,磷酸铁锂电池的重量会明显高于三元锂电池,这对于新能源车的能耗控制显然是不利的。
小结:其实从整体上来看,磷酸铁锂电池与三元锂电池并无绝对的好坏之分,只能说在目前的条件下,三元锂电池更加均衡,所以其在新能源乘用车领域有着很高的占比。不过电池厂商并未放弃对于磷酸铁锂电池的研发,当解决了能量密度低、低温衰减严重等关键问题后,磷酸铁锂电池依旧有着很好的市场前景。
[ ·3· 磷酸铁锂电池的新玩法 ]
其实电池厂商们并未放弃对于乘用车磷酸铁锂电池的研发,比如比亚迪的磷酸铁锂“刀片电池”、国轩高科的圆柱形磷酸铁锂电池、宁德时代的方形磷酸铁锂电池等。
(1)比亚迪磷酸铁锂刀片电池
比亚迪刀片电池改变的核心在于空间利用率。由于模组、连接件、骨架的存在,传统电池组的电芯容量只占电池包总体积的40%左右,而刀片电池是从电芯直接组成电池包,这种结构设计,进一步压榨了电池包的空间,让电芯容量在整个电池包中的占比来到了60%左右,从而提升能量密度。
从工信部的消息来看,我们能看到,搭载磷酸铁锂刀片电池的比亚迪汉EV,电池系统能量密度达到了140Wh/kg,虽然没没有达到补贴政策中160Wh/kg的高线,但也能够和市面上大多数三元锂电池的能量密度处于同一水平线了。
(2)国轩高科圆柱型磷酸铁锂电池
去年,国轩高科研发的圆柱型磷酸铁锂电池装配在江淮iEV7L上。这款电池的单体能量密度达到190Wh/kg,成组后的电池系统能量密度为140.24Wh/kg,与前面我们提到的刀片电池处于同一水平线。此外,通过在正极材料制备过程中加入特殊添加剂,以及对PACK工艺和电池包设计的优化,国轩高科表示能够实现磷酸铁锂电池单体能量密度在实验阶段突破200Wh/kg。
(3)可能会出现在Model 3上的宁德时代磷酸铁锂电池
宁德时代在去年发布了CTP技术,其同样采用去模组化方案,将电芯直接集成到电池包。传统电池包需要多个模组为电芯提供支撑、固定及保护,占用电池包内大量空间的同时增加重量,而CTP电池包省去模组环节,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%。
另外,宁德时代的CTP方案对磷酸铁锂电池和三元锂电池均适用,通过CTP方案,磷酸铁锂电池可达到523三元锂电池的能量密度,能量密度提升10%-15%。更有意思的是,此前曝光的消息显示,未来国产特斯拉车型或将搭载宁德时代的CTP+磷酸铁锂电池,也许在不久的将来,我们就将见到采用磷酸铁锂电池的Model 3了。
[ ·4· 写在最后 ] 在近几年的发展中,磷酸铁锂电池逐渐淡出了新能源乘用车市场,而随着补贴的退坡以及更多最新技术的落地,更具成本优势以及安全性优势的磷酸铁锂电池正在重回我们的视野。在未来一段时间内,三元锂电池依旧会是主流选择,但磷酸铁锂电池凭借成本等方面的优势也将逐步提升市场占比,长期共存或许才是两种不同形式电池的最终归宿。
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