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锂电池正极“争霸”没有永远的赢家

电能配件 2023-1-13 14:13 Au: 围观能源


中国战略新兴产业融媒体记者 陈雯

我国新能源汽车市场上的纯电动汽车所搭载的动力电池,大大都为三元锂电池材料和磷酸铁锂材料。11月初,中汽协发布了动力电池月度数据,10月,我国动力电池装车量30.5GWh,同比增长98.1%。其中,磷酸铁锂电池装车量19.7GWh,占总装车量64.4%,同比增长133.2%,累计产量254.2GWh,累计同比增长190.4%;三元锂电池装车10.8GWh,同比增长55.2%,累计产量171.4GWh,累计同比增长137.9%。

成果显示,相比三元锂电池,磷酸铁锂似乎“又赢了”。

锂电池正极“争霸”没有永远的赢家

能量密度和平安性能

但实际上,此前,市场偏向的是能量密度更高的三元材料。

三元锂电池是以镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂为正极材料的锂电池,因其正极材料包括了镍、钴、锰/铝三种金属元素,而得名“三元”。三元锂电池能量密度高,重量轻,占用空间也小。因此,搭载三元锂电池的新能源汽车速度更快、耗电更少、续航能力更强。

按照能量密度的定义,电池的能量密度越大,单元体积或重量内存储的电量越多。在三元锂电池的诸多上风中,“高能量密度”是最突出的一项,最高可以跨越300Wh/kg。

受“续航焦虑”的困扰,高能量密度的动力电池一度极受欢迎、也颇受政策扶持。2017年起头,政策针对分歧电池能量密度赐与分歧的补助系数,2017年最低补助门坎是90Wh/kg,到达该标准即赐与1倍补助,跨越120Wh/kg赐与1.1倍补助。磷酸铁锂电池能量密度通常在90-120Wh/kg,而三元锂电池能量密度可以连结在200Wh/kg左右。

而若电池能量密度一直没有突破,纯电动车的续航里程就无法大幅进步,若发展一直依靠于政策支持,新能源汽车的市场活力就无法有效激活。于是那时的三元锂电池就凭仗高能量密度,得以逐渐取代磷酸铁锂成为行业主流。

但顿时就到2023年了,“续航”还是新能源汽车的主要痛点吗?过去由于充电根本设施不完善,整车续航里程也不长,人们关注和焦虑的重心集中电池的能量密度上。

而近年来,随着基建完善、市场扩大,新能源汽车渗透率延续提升,平安性能也起头获得了同样的关注。续航里程虽然有关键价值,但眼前更重要确当属平安问题。

三元锂电池在200℃以上会出现热失控,其高镍材料会发生分化,开释气体造成电池鼓包,再加上负极与电解液反应,严重的将发展成燃烧爆炸,存在平安隐患。相比之下,磷酸铁锂电池有着更强的平安性和更好的稳定性。磷酸铁锂的耐热性能更佳,它的正极材料是磷酸铁锂,能有效避免因镍、钴、铝不稳定的高温结构所带来的平安隐患。“平安第一”的议题下,“唯能量密度论”渐渐休矣。

资源掣肘,倒逼本钱控制

除了有关平安的讨论,在国内对新能源汽车的补助也在逐步退坡,补助退坡倒逼车企控制本钱。在这一布景下,比起“增效”,如何“降本”更成为了车企和动力电池企业的头等大事。

三元锂电池在“本钱”局的落败,仍与其正极金属材料有关。锂电池属于资源敏感型产物,关键原材料轻易形成资源对外依靠。三元锂电池使用到的镍、钴等这些金属资源,近年来,整体处于求过于供的状态,致使了原材料价格暴涨。比如钴在三元锂电池中主要用于提升电池的能量密集度,增加电池的最大输出功率。但今朝全球钴矿资源散布不均,2019年,全球最大的钴矿企业Mutanda还公布了停产。磷酸铁锂电池所需锂资源和磷酸铁资源充沛,所以相关本钱相对较低,因此起头被重视。

过去,三元锂电池在帮助特斯拉打造全球第一电动车品牌中饰演了重要脚色。

在2020年8月,埃隆·马斯克曾猜测:“只需3-4年就能实现400Wh/kg能量密度的电池单元,也就是在2023-2024年,电池重量将大大减轻。”但全球头号新能源车玩家,也起头转变了市场策略。在今年三季度投资者交换会上,特斯拉却暗示,对于标准续航版Model3和ModelY,全球范围内都将改用磷酸铁锂电池。很快,特斯拉确认了与宁德时代的供给协议,并在上海工场生产配置磷酸铁锂电池的新能源汽车。

乘用车搭载磷酸铁锂电池的车型一直在稳步增多。除特斯拉以外,比亚迪汉、宏光MINI等车型也拉动磷酸铁锂装机量回升,新势力小鹏等车企则陆续推出磷酸铁锂版本车型,戴姆勒团体也暗示,将使用更廉价但功率较低的磷酸铁锂电池。

行业整体数据是,在2019、2020年,三元材料在新能源乘用车市场快速放量,占动力电池比重均跨越60%。而从2021年起,磷酸铁锂电池的装机占比从38.3%起头一路追赶三元锂电池,甚至可以实现持续多月反超,2021年占比超51%。从产量角度看,磷酸铁锂电池更是早已高过三元锂电池。

新能源与智能网联自主研究员曹广平以为,相比三元锂电池,磷酸铁锂电池本钱低、平安性好,更合适车企降本需求。

“随着新能源汽车市场竞争日趋剧烈,大部分车企产物也在降价,因此车企势必会采购本钱更低的磷酸铁锂电池。”

别的,曹广平还以为,今朝硅负极或高硅含量的硅碳负极材料,上风在于克容量较大,理论上是现有石墨负极的几倍或十倍以上,因此使用硅做负极可大幅进步锂离子电池的能量密度。锂负极或锂夹杂负极产业化之前,硅碳或硅负极极可能有一定的市场窗口期,其是非取决于能否补齐自身短板以及下一代锂负极的困难何时霸占。

也就是说,相关材料的研发的突破一直在进行。我们也不必急于给三元锂电池和磷酸铁锂电池的技术线路之争下定论。

多条线路,延续发力

受益于磷酸铁锂行业的高景心胸,相关企业经营业绩普遍实现大幅提升。

宁德时代前三季度全球动力电池装机量达119.8GWh,以同比增长100.3%。锂全产业链企业赣锋锂业,前三季度实现营收276.12亿元,同比增长291.45%,其中第三季度实现营收131.68亿元,环比实现翻倍增长。磷酸铁锂龙头德方纳米前三季度营业收入、净利润别离为144.16亿元、18.28亿元,同比增幅别离为519.79%、628.20%。在经营业绩实现高增长的同时,为进一步提升延续盈利能力及综合竞争实力,上述企业也纷纷提出投资计划,延续扩充磷酸铁锂产能范围。

总体而言,相对三元锂电池,磷酸铁锂的上风体现在低本钱、高平安性,以及稳定的原材料供给,在市场导向偏向这两个因素时,磷酸铁锂得以延续连结快速增长势头。

固然,业界在进一步提升三元锂电池的能量密度、进一步提升电池中镍的比重等方面也仍延续发力。2021-2022年,多家主机厂申报了搭载系统能量密度跨越200Wh/kg的纯电动车型,都采用三元技术线路,其中,宁德时代给东风岚图纯电动MVP配套的三元锂电池系统能量密度高达212Wh/kg。3月,宁德时代首席科学家吴凯暗示,公司通过技术迭代研发出第三代CTP技术,可应用于旗下LFP电池和三元锂电池,又称“麒麟电池”,计划于今年二季度内正式发布。在磷酸铁锂电池装机范畴,宁德时代与比亚迪的装机量十分接近,两者市场份额仅相差1.44%。

不外在三元锂电池装机范畴,宁德时代仍“夺得冠军”,市占率较第二名中创新航横跨52.08%。

三元朝高镍化偏向发展合适高能量密度和降钴降本钱的趋势,而往后,正极材料的发展不会止步于此。

高能量密度方面,除了高镍三元外,镍锰酸锂、富锂锰基正极等高压材料也极具发展远景。有报道称,宁德时代、欣旺达及亿纬锂能的磷酸锰铁锂电池已在今年上半年通过电池中试环节,正在送样品给车企测试。预计2-3年内,富锂锰动力电池将会成为动力电池的主流产物之一。

别的,动力电池及汽车厂商也起头将低钴、无钴作为动力电池技术的研发偏向。

而在性价例如面,磷酸铁锂可通过掺锰制备磷酸锰铁锂来进步电压平台进而进步能量密度。

我们可以看见新能源汽车持续取得的亮眼成就,也必须必定这还是一个处于快速变化的行业。如今,磷酸铁锂已经形成了与三元锂电池“等分天下”之势,至于哪条技术线路将“称霸”,生怕还没有唯一的答案。

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