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技术路线再起分歧 三元or磷酸铁锂?

国际新能源网  来源:动力电池网  日期:2017-01-05

12月15日召开的“2016第二届中国动力电池大会”上,广州力柏能源科技有限公司技术总监刘锴的报告指出,在现有的材料体系的大框架下,无论技术如何改进,磷酸铁锂动力电池电芯的能量密度达到300WH/kg的希望有点渺茫,相对来说,三元技术路线则较有希望。

关于“三元、磷酸铁锂到底谁才是未来技术路线主流”一直众说纷纭。但在一些专家看来,未来三元电池或将成为电池的主流路线。

随着新能源汽车的需求爆发,动力电池续航里程低等问题也逐渐暴露。今年来,多个部门发布文件,重新修订动力电池的续航里程、能量密度标准。其中,工信部主导制定的《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》中明确提出,2020年动力整车电池模组比能量要达到260Wh/kg。

“政策风向发生改变,预示着三元电池解禁在即。”刘锴表示。

三元电池解禁在即

动力电池正极材料包括磷酸铁锂、三元、钛酸锂和锰酸锂。其中,钛酸锂和锰酸锂能量密度较低,目前国内使用最多的电池是磷酸铁锂。在中国,多年来一直存在动力电池正极材料应该走磷酸铁锂路线还是走三元路线之争。

这种争执甚至影响了政策的走向。2016年1月份,工信部曾宣布暂缓三元用于商用车以调查其安全性。

不过,就在近期,工业和信息化部召开了关于进一步做好新能源汽车推广应用安全监管工作的宣贯会,2017年1月1日起,新申请《新能源汽车推广应用推荐车型目录》的使用三元电池的客车,需补交第三方检测报告,该信息也被视为三元电池即将解封的导火索。

业内人士分析称,在通过热失控试验和热失控扩展试验测试的前提下,三元电池在电动客车上的应用或将解禁。

动力电池网CEO汤利军认为,制约新能源汽车普及的主要原因之一就是续航里程的问题,所以提高动力电池的能量密度势在必行,而选择三元技术路线是最行之有效的手段。

不得不提到的是,关于三元和磷酸铁锂的技术路线之争持续了好几年,而年初工信部宣布暂停三元电池用于纯电动客车一度把三元电池打入谷底,也让主打三元技术路线的动力电池企业陷入困境。

宁德时代新能源科技有限公司市场总监杨琦指出,暂停三元电池,是出于对安全的考虑,解禁三元电池是因为安全标准出来了,有了安全标准,三元和磷酸铁锂又可以同台竞技了。

据测试机构数据显示,现有的动力电池系统中,单体电池的风险普遍存在,低风险包括漏液、变形、排气,高风险包括火花、爆炸等情况。如果单体电池出现热失控,三元材料电池比磷酸铁锂材料更容易出现火花,从而出现起火、爆炸等安全性问题。

然而,三元电池的安全性是可以解决的,刘锴表示,提高三元电池安全性可以通过以下三种方式,“第一是在三元电池正极材料中加入硅钛纳米管提高容量,保证热失控状态下的安全性,(硅钛纳米管导电好,阻燃,提供容量,循环寿命延长一到三倍)。

第二是采用无溶剂PI粘合剂,用量是PVDF的三分之一,成本是PVDF的一半,可热固化、EB电子束固化,也可以UV固化。涂布线的长度只有12米长,能耗降低一半,涂布速度为120米/分钟。第三是采用固态电解质,锂电池寿命延长一倍,容量300瓦时/公斤,并且成本下降一半。

据了解,未来国家将会持续支持三元动力电池技术路线。业内人士认为,预计从今年开始的两三年时间里,国家将会密集出台一批旨在提高新能源汽车安全性的政策举措。

数据显示,到2020年中国新能源汽车市场动力电池总需求量接近5000万kWh,其中磷酸铁锂还将经历2年的缓慢增长期,到2019年绝对需求量会下降,2020年快速下降到750万kWh左右。甚至有行业人士预言,“磷酸铁锂未来三四年内将会被新能源车淘汰掉”。

预计2018年纯电动客车领域将会对三元电池解禁,三元电池的需求量将会爆发。到2020年将会达到4250万kWh左右,从而基本完成对中国新能源汽车市场的统治,而磷酸铁锂电池则会将当前的市场中心转移到储能领域。

抢占三元电池开发 多路线并进更保险

虽说三元电池技术路线可达到300Wh/kg的可能性较大,但也是需要实力才行。目前比亚迪、宁德时代等国内行业巨头开始着手抢占三元电池市场的份额。

据了解,比亚迪一直坚持磷酸铁锂电池技术路线,而在近日比亚迪董秘李黔透露,比亚迪未来扩大三元锂电池布局,2016年比亚迪预计电池产能10GWH,2017年会新增三元电池产能5-6GWH。比亚迪大规模布局三元锂电池,意味着三元电池的技术路线在未来将会占据主导地位。当然,更多的技术特性的产品组合也有利于抢占市场份额。

同时据杨琦透露,目前宁德时代的磷酸铁锂和三元产能占比在2:1,基于市场对提高能量密度的需求,三元电池技术路线或将成为行业趋势,明年公司将会加大对三元技术的布局。

事实上,2016下半年很多企业已经纷纷开始布局三元电池项目,如邦普集团投资12.26亿元,建年产3.5万吨三元前驱体项目;智慧能源增资福斯特31.14亿元,扩产高端三元锂电生产线;横店东磁豪掷30亿布局三元锂电池;格林美收购三元前驱体产线,联手邦普布局三元锂电池;国轩高科发力三元锂电池。

受制于“解禁三元”消息尚未被证实和大家对三元锂电池的电动客车安全性还抱有怀疑的态度。因此,电池厂商在继续坚守磷酸铁锂布局的同时,也需要做好三元技术储备,毕竟未来很长时间内磷酸铁锂和三元将会并存。

不过,中国微型电动车产业技术创新联盟副秘书长罗会明强调,电池本身存在太多不安全因素,相对三元电池来讲,磷酸铁锂确实更安全,更适合刚起步时的新能源汽车使用,因为新能源汽车刚进行推广,一旦出现安全事故就会造成毁灭性的打击。

“三元电池和磷酸铁锂电池相比具有能量密度更高的优势。”罗会明认为,随着电动汽车市场的快速发展,人们对能量密度要求越来越高,续航里程几乎成了衡量纯电动车技术水平的最关键的指标。此前中国的动力电池技术路线以磷酸铁锂电池为主,然而国家在新能源汽车政策补贴上也开始向能力密度和续航里程倾斜。

发展高能量密度动力电池体系已经成为国际主流趋势。据统计,三元材料电池目前占全球动力电池市场的80%以上,而我国动力电池正极材料三元占比仅在30%左右。

“在全球新能源汽车的动力电池市场中,美国、欧洲、日韩一开始就以三元锂电池为主要技术路线,而日韩的松下、三星SDI、LG化学、AESC等是这方面的佼佼者。”罗会明认为特斯拉和松下在三元电池方面的合作就做的很好。

今年初,特斯拉的CEO埃隆-马斯克宣布将联合松下在内华达沙漠中投资37亿英镑建立一个产能高达35GWH的三元电池工厂,这个工厂的产能几乎相当于现在全球动力电池的市场容量之和,达产后将能满足46万辆特斯拉Model S、Model X和Model 3的动力电池需求,届时电池生产成本将降低30%。

“然而,这并不意味着,未来就将绝对是三元锂电池统领天下。”刘锴表示,行业对于技术和材料挖掘从未停止过,就像全固态电池带来了全新的三元电池全新的材料结构以及全新的电池极片材料,为三元电池提供了全新的结构和原材料选择,所以更高的能量密度和更安全的性能永远是企业试图平衡的两大命题。

新能源汽车竞争的核心是动力电池之争,“动力电池技术路线之争”仍将持续,三元抑或磷酸铁锂,或是其他新技术都将由市场需求决定,“无论是乘用车还是客车,安全问题肯定是汽车企业研发和制造产品考虑的首要因素。”罗会明认为,企业只有不断提高技术水平,生产达到安全技术标准的电池才是生产之道。

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