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安全/成本有优势 磷酸铁锂电池要翻盘?

   日期:2021-03-11     浏览:2267    
核心提示:锂电池是一个大的分类,电动汽车上采用的锂电池是以锂离子化合物作为正极材料的锂离子电池,比如磷酸铁锂电池、三元锂电池、锰酸锂电池、钴酸锂电池等等。每一种锂电池都具备自己的特性:磷酸铁锂电池循环寿命长、安全性能好,但是能量密度低、低温性能差;三元锂电池能量密度高、低温性能好,但是安全性能一般;锰酸锂电池成本低、安全性能好,但是寿命比较短。锂电池的研发工作中很重要的一部分就是寻找更高效、更安全的正极材料,但是科学家暂时还没有发现比较完美的锂电池,车企和电池厂只能综合评估做出取舍。

电池是电动汽车的核心部件,也是制约电动汽车发展的最大瓶颈。目前电动汽车所采用的动力电池绝大多数都是锂电池,仅有一部分低速电动汽车采用了铅酸电池。锂电池由斯坦利·威廷汉发明,经约翰·B·古迪纳夫完善,吉野彰则解决了批量生产的问题,这三位科学家的研究共同促成了实用化锂电池的诞生,他们也因此在2019年共同获得了诺贝尔化学奖。

磷酸铁锂电池卷土重来?

锂电池发明者获诺贝尔奖

2019年的诺贝尔化学奖颁发给了三位在锂电池研发中做出了突出贡献的三位科学家。

锂电池是一个大的分类,电动汽车上采用的锂电池是以锂离子化合物作为正极材料的锂离子电池,比如磷酸铁锂电池、三元锂电池、锰酸锂电池、钴酸锂电池等等。每一种锂电池都具备自己的特性:磷酸铁锂电池循环寿命长、安全性能好,但是能量密度低、低温性能差;三元锂电池能量密度高、低温性能好,但是安全性能一般;锰酸锂电池成本低、安全性能好,但是寿命比较短。锂电池的研发工作中很重要的一部分就是寻找更高效、更安全的正极材料,但是科学家暂时还没有发现比较完美的锂电池,车企和电池厂只能综合评估做出取舍。

锂电池发明者获诺贝尔奖

这么多年以来,电池的结构基本保持一致,但是材料有了很大的变化。不同的材料赋予了电池不同的特性。

在前几年,三元锂电池占据了绝对的主流。当时的新能源补贴与电池包的能量密度挂钩,三元锂电池能量密度较高,能够获得更多补贴。在政策的驱动下,三元锂电池很快占据了市场,就连一直深耕磷酸铁锂电池技术的比亚迪也不得不全面换装三元锂电池。

上汽通用五菱2020款全新电动车

在排名靠前的车型当中,五菱宏光MINIEV、特斯拉Model 3(参数|询价)、比亚迪汉EV(参数|询价)等车型都开始搭载磷酸铁锂电池。

不过,从去年开始形势又出现了变化,采用磷酸铁锂电池的新车逐渐多了起来。比亚迪、上汽、北汽新能源、五菱宏光等国内主要的新能源厂商都开始采用磷酸铁锂电池,甚至特斯拉也推出了磷酸铁锂电池版的Model 3。造成这个变化的原因有三点:

一、电动汽车自燃事故频发,其中绝大部分出事的车辆都采用了三元锂电池,而去年的几次针刺试验非常直观地说明了磷酸铁锂电池的安全性强于三元锂电池。随着新车续航里程的提升,安全性能已经取代里程焦虑成为了消费者在购买电动汽车时最大的痛点。

刀片电池正式发布

和磷酸铁锂电池相比,三元锂电池的安全性要稍差一些。

二、新能源补贴政策不再引导车企使用高能量密度的电池,同时补贴额度也大幅降低。从成本的角度来看,磷酸铁锂电池更加便宜。在续航满足要求的前提下,采用磷酸铁锂电池能降低售价、拉低门槛。特斯拉Model 3、小鹏P7(参数|询价)都是给入门款车型配备了磷酸铁锂电池。

蜂巢无钴电池

三元锂电池的正极材料包括镍、钴、锰,其中钴的价格非常高。为了降低成本,特斯拉和蜂巢能源等厂商都在研发无钴电池。

三、随着CTP技术的发展成熟,磷酸铁锂电池的能量密度短板能够得到有效的弥补,可以满足新款电动汽车的性能需求。以往的电池都是电芯组成电池模块,再由电池模块组成电池包。CTP(即Cell to Pack)技术跳过了电池模组这一步,直接由电芯直接组成电池包,省去了很多外壳、结构件、连接件的重量,从而提升了电池包的能量密度。比亚迪的刀片电池就是一种CTP电池,而小鹏P7的磷酸铁锂电池包也采用了宁德时代的CTP技术。

小鹏P7续航测试

小鹏最新推出的磷酸铁锂版P7车型采用了宁德时代的CTP技术,有效提升了电池组的能量密度。

未来磷酸铁锂电池是否会完全取代三元锂电池?我想这是不可能的。目前的磷酸铁锂电池可以满足500km级别的续航需求,但是高端车型的续航里程将会达到800-1000km,只有高能量密度的三元锂电池才能够支持。三元锂电池的安全问题比较难解决,但是并非不能解决,几家电池大厂完全有能力生产出既安全又高能的三元锂电池,只是成本会比较高。所以在未来几年,中低端车型当中磷酸铁锂电池的比例会增加,高端车型主要还是会采用三元锂电池。

对于普通消费者来说三元锂电池和磷酸铁锂电池应该怎么选?我只能说它们都不是完美的选择,但也都能让你放心使用。我们不必对三元锂电池的安全性过于担心,大厂的电池质量还是有保障的,电动汽车自燃的概率比燃油车还低;我们也不对磷酸铁锂电池的冬季续航感到焦虑,在我们的实测中,采用磷酸铁锂电池的比亚迪汉EV是表现最好的车型之一。在接下来几年的市场上,三元锂电池和磷酸铁锂电池将长期共存,这种共存的情况应该会一直持续到固态电池、锂硫电池等新技术发展成熟之后。

编辑点评:在规模化的应用场景中,技术的先进性永远不会是成败的关键。在满足使用需求的前提下,成本的高低才是决定性的因素。CTP技术/刀片电池技术有效提升了磷酸铁锂电池的能量密度,让它有了与三元锂电池一战之力,也为消费者提供了更多的选择。

 
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