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深析磷酸铁锂与三元材料的市场之争

国际新能源网  来源:起点研究  日期:2017-07-12
  2017年新能源汽车补贴政策开始退坡,但依然阻挡不住锂电企业的扩产脚步。动力电池作为新能源汽车的动力之源,与续航、安全、充放电、市场等一切使用都有着紧密的联系。
 
  在动力电池中,现在应用到新能源汽车的主要是磷酸铁锂电池和三元锂电池,二者之间最大的区别就在于能量密度和安全性,能量密度的大小关乎到汽车的续航能力,而安全性主要体现在材料在高温下会发生分解,这两点都是消费者选购新能源汽车时最关注的问题,也是目前业内对这两种电池争议最多的地方。
 
  能量密度对比
 
  磷酸铁锂电池的能量密度远不及三元锂电池,但其安全性普遍被认为要好于三元锂。先说说能量密度,目前,新能源汽车的补贴标准视电池系统的能量密度而定,其具体政策就是,当电池系统能量密度超过120Wh/kg,就可以享受1.1倍的补贴,介于90Wh/kg和120Wh/kg之间只能享受1倍补贴。
 
  据了解,目前市面上的磷酸铁锂电池经过改进要达到90Wh/kg的难度不大,但要做到120Wh/kg的企业寥寥无几。比亚迪一直专注于磷酸铁锂电池电池,在这块的技术上处于国内领先水平,此前有传闻比亚迪研发出高能量密度的磷酸铁锂电池,能力密度可以达到150Wh/kg,这个水平与三元锂电池几乎相当。传闻是否属实先暂不讨论,但作为行业龙头的比亚迪尚且只能做到这样的水平,就可以看出使用磷酸铁锂电池要想拿到1.1倍补贴的难度不小,但这个难题对于三元锂电池来说却是轻而易举就能达到。
 
  另外从几家动力电池2017年的产能规划可以看出,对于三元锂电池的产能扩张也尤其明显,就连比亚迪这样过往一根筋钟爱磷酸铁锂电池的企业,在2017年都维持磷酸铁锂产能不变,转头扩张三元锂电池。
 
  
 
  安全性对比
 
  除了在供给端三元锂电池有所扩产之外,在需求端也一并放大。刚刚说到的能量密度要求是三元锂电池的需求端放大的一个动力,另一个则来自于三元锂电池在2017年将正式解禁客车使用。这里就涉及到三元锂电池和磷酸铁锂电池优劣性上的第二个争议点—“安全性”。
 
  三元锂电池由于在200度左右会发生分解(磷酸铁锂则需要温度高达700度),并且分解后会产生更加剧烈的化学反应,因此在汽车碰撞时更容易着火,这也是三元锂电池普遍被认为不安全的地方,正是因为这个原因三元锂电池此前被暂停使用在客车上。
 
  然而,安全性的好坏其实更取决于整个动力电池系统,尤其是电池管理系统(BMS),合格的BMS都可以在发生意外时切断电源避免着火,并不能仅因为三元锂材料容易热解就认为三元锂电池不安全。随着三元锂电池安全性重新被评估,客车将解禁三元锂电池,这无疑又释放了很大一块市场。
 
  温度影响
 
  我国幅员辽阔,气候复杂,从最北端的东北三省到最南端的海南诸岛温度变化非常丰富。以北京为例,作为电动汽车的主力市场,北京夏季最高温度在40℃左右,而冬季则基本保持在零下16℃左右,甚至更低。这样的温度区间显然适合低温性能更佳的三元锂电池。而注重耐高温性能的磷酸铁锂电池在北京的冬季会显得有些乏力。更何况,三元锂电池耐高温方面与磷酸铁锂相比,差距并不大。
 
  
 
  从上图中能够看出,以25℃为基准常温,两类电池在55℃高温下放电与常温25℃下放电,放电容量几乎没有差别。但在零下20℃时,三元锂电池与磷酸铁锂电池相比有比较明显的优势。
 
  充电效率对比
 
  除了续航之外,充电也是电动汽车在实际使用中的重要环节,而三元锂电池在充电效率方面较磷酸铁锂电池有着非常大的优势。
 
  
 
  我们了解到,目前市面上较为常见的充电方式为恒流恒压式充电。一般在充电开始时先采用恒流充电,此时的电流较大,充电效率相对更高。而在电压达到一定数值之后,降低电流改为恒压充电,这样可以让电池充的比较满一些。
 
  从表中可以看出,三元锂电池与磷酸铁锂电池在10C以下充电时,恒流比无明显差距,10C以上倍率充电时,磷酸铁锂电池恒流比例迅速降低,充电效率迅速降低。
 
  结论:磷酸铁锂与三元的市场之争,至目前虽然还没有一个明确的定论,并且电池技术日新月异,不久的将来迎来革命性的变化也在意料之中,但笔者认为,技术已经成熟的三元电池,凭借其能量密度高且仍有较大提升空间、不逊色的安全性、耐低温、高充电效率等特性,将会在新的市场中站稳脚跟。
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