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新能源車的后鋰電技術(shù)變革

作為連接發(fā)電側(cè)和用電側(cè)的關(guān)鍵結(jié)點(diǎn),鋰電已經(jīng)成為了新能源行業(yè)的重要支點(diǎn)。在能源行業(yè)大變革的背景下,鋰電行業(yè)已經(jīng)成為全球重要領(lǐng)域,也是我國(guó)能源轉(zhuǎn)型的重要戰(zhàn)略方向。而新能源車作為重要的鋰電應(yīng)用領(lǐng)域,也一直伴隨著行業(yè)的變革而不時(shí)演化出新的電池技術(shù)。

實(shí)際上,從已經(jīng)較為成熟的鉛酸電池、鎳氫電池,再到當(dāng)前的鋰電池,未來(lái)的固態(tài)電池等等,電池領(lǐng)域的技術(shù)變革在悄無(wú)聲息中已經(jīng)迭代了好多代。但要論起至今為止變化最大的,則要數(shù)最近十年的三次技術(shù)路線更迭了。

(配圖來(lái)自Canva可畫(huà))

三次技術(shù)路線更迭

就目前來(lái)說(shuō),全球范圍內(nèi)的電池路線主要有兩個(gè),一個(gè)是磷酸鐵鋰電池技術(shù)路線,另一個(gè)則是三元鋰電池技術(shù)路線。前者的特點(diǎn)是工藝成熟、原材料成本低,循環(huán)壽命更長(zhǎng),但短板是能量密度低、續(xù)航低。而后者恰好相反,成本高、安全性稍差,但最大優(yōu)勢(shì)是能量密度大,續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)。兩種互有短長(zhǎng)的技術(shù)路線,在過(guò)去10年中出現(xiàn)了多次博弈,而依據(jù)時(shí)間的不同可以具體將其分為三個(gè)階段。

第一階段,是行業(yè)起步期兩條路線并行發(fā)展的階段(2009-2016年)。為了扶持國(guó)內(nèi)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,國(guó)家從2009年起拿出真金白銀補(bǔ)貼市場(chǎng)推動(dòng)行業(yè)發(fā)展。作為占據(jù)新能源汽車40%成本的動(dòng)力電池,自然成為了重點(diǎn)補(bǔ)貼對(duì)象,在這一階段國(guó)家對(duì)磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池都進(jìn)行了重點(diǎn)扶持,因此磷酸鐵鋰電池和三元電池都有了大幅進(jìn)步,出貨量大幅提高。

第二階段,是政策鼓勵(lì)三元電池發(fā)展的階段(2017-2019年)。2016年12月,國(guó)家采用精準(zhǔn)扶持政策,首次將電池系統(tǒng)能量密度納入考核標(biāo)準(zhǔn),高能量密度、長(zhǎng)續(xù)航歷程成了補(bǔ)貼重點(diǎn)。在這一階段,能量密度更高的三元鋰電池日益受到市場(chǎng)青睞,磷酸鐵鋰電池暫時(shí)受到影響。

第三階段,市場(chǎng)推動(dòng)兩條路線進(jìn)入發(fā)展新階段(2019-2021年)。隨著2019年國(guó)家補(bǔ)貼的大幅度退坡,三元鋰電池的高成本劣勢(shì)日益凸顯。與此同時(shí),更具性價(jià)比的磷酸鐵鋰電池重回大眾視野,從中低端車、儲(chǔ)能電池市場(chǎng)向上滲透,三元電池則主要占據(jù)高端車市場(chǎng)和消費(fèi)電子市場(chǎng)。

技術(shù)變動(dòng)背后的內(nèi)在動(dòng)因

而在歷次技術(shù)路線變動(dòng)背后,無(wú)論是政策的刻意引導(dǎo)還是市場(chǎng)的自然導(dǎo)向,最終都指向了事關(guān)行業(yè)未來(lái)發(fā)展的成本與效率、續(xù)航與安全性的取舍之中。

拿政策方面來(lái)說(shuō),除了行業(yè)起步階段的“大水漫灌”之外,第二、三階段的政策,都對(duì)產(chǎn)業(yè)有著明確的引導(dǎo)作用。比如,在第二階段國(guó)家趨向高能量密度的車企,從而造就了三元鋰電池的強(qiáng)勢(shì)崛起;而隨著國(guó)家補(bǔ)貼的退坡,磷酸鐵鋰電池技術(shù)的成本優(yōu)勢(shì)開(kāi)始凸顯了出來(lái),磷酸鐵鋰也因此重新崛起,而這其中成本是核心考量。

除了成本因素之外,電池安全也是磷酸鐵鋰得勢(shì)、三元鋰電池失勢(shì)的核心原因。由于三元鋰電池中的鈷酸鋰在高溫或者過(guò)充的情況下,會(huì)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)不穩(wěn)定形成結(jié)構(gòu)崩塌過(guò)熱或者產(chǎn)生強(qiáng)氧化性物質(zhì),在外部撞擊的情況下產(chǎn)生爆炸或者自燃,這也是特斯拉、蔚來(lái)等采用三元鋰電池技術(shù)的車企,之前一再起火的根本原因。

相比之下,磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵穩(wěn)固且難以分解,這使其在390℃以上高溫的情況下仍能夠保持穩(wěn)定性,這使其不會(huì)因?yàn)檫^(guò)充、溫度過(guò)高、短路或者撞擊而產(chǎn)生爆炸,從而保持極高的穩(wěn)定性。

兩者在成本與性能方面的差異,在新能源汽車加速普及的大潮下被進(jìn)一步放大。一方面,隨著今年以來(lái)國(guó)內(nèi)新能源車加速流進(jìn)市場(chǎng),如何有效地降低動(dòng)力電池成本,就成為了越來(lái)越多車企的當(dāng)務(wù)之急。在這種情況下,以隨處可見(jiàn)的金屬鐵作為元素的磷酸鐵鋰,顯然比稀缺的金屬鈷更能夠適應(yīng)汽車這種大規(guī)模工業(yè)品的市場(chǎng)發(fā)展需要。

另一方面,在新能源車加速普及的背景下,國(guó)家對(duì)新能源車的汽車安全關(guān)注日益提上日程,監(jiān)管也隨之趨嚴(yán)。無(wú)論是前不久引發(fā)輿論關(guān)注的特斯拉車主事件,還是隨后發(fā)生的蔚來(lái)車起火失控問(wèn)題,都反映了輿論對(duì)于新能源車安全的關(guān)注度越來(lái)越高,而國(guó)家頻繁約談新能源車企也反映了監(jiān)管層的擔(dān)憂。在此背景下,性能更穩(wěn)定、安全性更佳的磷酸鐵鋰電池日益受到了市場(chǎng)的青睞。

狂飆突進(jìn)的磷酸鐵鋰

在目前動(dòng)力電池行業(yè)核心的玩家中,比亞迪汽車選擇全部產(chǎn)能規(guī)劃磷酸鐵鋰電池,寧德時(shí)代也將大部分產(chǎn)能規(guī)劃為磷酸鐵鋰。從目前整個(gè)新能源車市的趨勢(shì)來(lái)看,磷酸鐵鋰電池市占率提升、產(chǎn)能擴(kuò)充已經(jīng)是可以確定的事情了。

據(jù)相關(guān)行業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,進(jìn)入2021年以來(lái),磷酸鐵鋰已經(jīng)先后在5月、7月,分別在裝車量和產(chǎn)量上超越了三元鋰電池。而在這些數(shù)據(jù)背后,正是作為平民價(jià)位的新能源汽車,開(kāi)始進(jìn)入快速增長(zhǎng)的階段,這在特斯拉、大眾等眾多車企公開(kāi)的表述中可以窺見(jiàn)端倪。

早年主打高端新能源車的特斯拉,其一開(kāi)始采用的是三元鋰電池路線,而隨著model 3model Y等平價(jià)車的逐漸推出,馬斯卡開(kāi)始公開(kāi)宣布新降價(jià)的新車,將會(huì)全面采用磷酸鐵鋰電池。之所以選擇做如此大的調(diào)整,是因?yàn)?a class="link" href="http://autopag.com/tag/馬斯克" target="_blank">馬斯克早已經(jīng)嘗到了磷酸鐵鋰電池給其帶來(lái)的甜頭。

特斯拉國(guó)產(chǎn)Model Y標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航版,采用磷酸鐵鋰電池后,續(xù)航里程僅較長(zhǎng)續(xù)航版和高性能版縮短60公里,而價(jià)格卻下降了7萬(wàn)元-10萬(wàn)元;從一開(kāi)始就All in磷酸鐵鋰電池的比亞迪汽車,通過(guò)改進(jìn)工藝(刀片電池),使磷酸鐵鋰電池能量利用效率得到了進(jìn)一步提升,從而使其在續(xù)航方面的短板進(jìn)一步縮小,而全系采用磷酸鐵鋰電池的比亞迪汽車銷量也非常不錯(cuò),這也代表了消費(fèi)市場(chǎng)對(duì)磷酸鐵鋰電池技術(shù)的認(rèn)可,這也因此而帶動(dòng)了更多廠商采用磷酸鐵鋰技術(shù)。

目前小鵬汽車對(duì)外宣布,其主力車型小鵬G3和P7都已經(jīng)推出了磷酸鐵鋰電池版本,相關(guān)車型交付正在迅速增加,其中截止二季度財(cái)報(bào)相關(guān)車型的交付量,已經(jīng)占到了各自交付總量的20%以上,預(yù)計(jì)未來(lái)這一比例還將繼續(xù)增大。

除此之外,新紅旗E_QH5、上汽奧迪Q5 e_tron等車型,也將采用磷酸鐵鋰電池技術(shù),另外大眾也在日前宣布其未來(lái)主推的車型將采用磷酸鐵鋰電池技術(shù)。隨著眾多廠商紛紛入局磷酸鐵鋰電池,磷酸鐵鋰的行業(yè)熱度也再次升溫。

新展望與新選擇

不過(guò),從行業(yè)來(lái)看磷酸鐵鋰電池雖然因?yàn)閮?yōu)勢(shì)很多而廣受各方青睞,但磷酸鐵鋰卻并非沒(méi)有弱點(diǎn)。

首先,是不夠輕量化。從行業(yè)來(lái)看,目前正極材料有很多路線,包括中低鎳三元、高鎳三元、鐵鋰等,但目前增長(zhǎng)最快的還是高鎳三元材料和磷酸鐵鋰,而這兩種路線又各有優(yōu)劣。前者的問(wèn)題還是成本問(wèn)題,而后者的問(wèn)題則在于自身比較笨重,不夠輕量化,在歐洲等環(huán)保條件苛刻的國(guó)家,對(duì)汽車質(zhì)量過(guò)重引發(fā)的碳排量增加一直抱以警惕態(tài)度。

其次,是不耐低溫。雖然磷酸鐵鋰耐高溫,但是其在低溫環(huán)境下其會(huì)受到比較明顯的影響,而高鎳三元?jiǎng)t能夠很好地耐受低溫的影響。

由于磷酸鐵鋰與高鎳三元在性能方面的不同差異,決定了高鎳三元與磷酸鐵鋰有著不同的適用條件。比如,目前國(guó)內(nèi)外有高端電動(dòng)車夢(mèng)想的車企,如國(guó)外的寶馬、奔馳、奧迪,以及國(guó)內(nèi)的蔚來(lái)、小鵬等,都有高鎳三元的車型,蔚來(lái)還試圖推出三元鐵鋰的復(fù)合型車來(lái)達(dá)到一種平衡,不過(guò)目前后者還只是在嘗試中。

因此,從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來(lái)看,三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池并存的局面,仍將會(huì)在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)保持。

來(lái)源:第一電動(dòng)網(wǎng)

作者:汽車外參

本文地址:http://autopag.com/kol/159152

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