探寻电动车电池路径 因势利导转向三元材料?

中国经济信息杂志 姚尧

国际战略与投资集团发布公告称,美国电动车制造商特斯拉的电动车年产量将达50万辆,这将使其所使用三元材料(NCA镍钴铝)电池成本下降约30%。8月15日,东风汽车的控股公司宣称将向浙江时空电动汽车有限公司采购5千-1万台纯电动客车,该车也采用了与特斯拉同款电池。

三元材料相对于磷酸铁锂电池更长的续航能力正受到愈来愈多电动车生产企业青睐。而以比亚迪为代表,在磷酸铁锂电池技术上已经领先的企业也在将这一材料深化发展,最终决定两种电池命运的既有政策驱动、有影响力企业决策等因素,更多还是源自市场对电池低价、安全及性能的追求。

“特斯拉”之石 可以攻玉

去年特斯拉宣称实现盈利,今年更是喜讯频传,这对众多车企在电池选择上产生了引领作用,有分析认为其经营模式和互联网思维方式也起到了作用。当然,除了有影响力企业的引领,也有政策的驱动作用。

目前,电动车电池使用的正极材料主要为磷酸铁锂、三元材料、钴酸锂和锰酸锂等,磷酸铁锂密度较低,仅为每公斤120Wh左右,但其优势是热稳定性好,安全性高,比亚迪等车企选择了这种电池。三元材料能量密度可达150Wh——200Wh,续航里程大,但其劣势在于安全问题,采用它的是特斯拉等。业内对三元材料和磷酸铁锂材料孰优孰劣也一直存在分歧。但在国内,磷酸铁锂电池则占据着上风,三元材料和锰酸锂使用者有限。

2013年第一季度,采用三元材料的特斯拉宣称盈利,瞬间让众车企看到了方向,中银国际分析报告认为:“特斯拉采用了全球供应链采购,与其他相对闭塞的企业相比更能拉动行业发展,使其他企业打消顾虑采用三元材料。”华泰证券汽车行业分析师冯冲告诉《中国经济信息》记者:“特斯拉形成巨大影响的原因是其作为一个非传统汽车制造企业,仅仅依靠硅谷技术和互联网思维,就制造出一个性能出众的电动汽车,所以颇受关注。”

日产作为一家传统车企,作风也相对保守,为它生产电池的企业是日本的AESC(日产和日本电气股份有限公司的合资企业),这种模式基本上是属于自产自销,对行业的影响不大,也很难受到市场追捧。

近期特斯拉高姿态表示,向全球电动汽车生产厂商开放全部技术专利,进一步让长期受制于磷酸铁锂技术专利的中国车企看到了希望。今年上半年开始,中国车企纷纷将目光转向三元材料。

当然除了上述原因,国家政策也有一定引领作用。2012年10月16日,财政部等三部门联合发布了《关于组织申报2012年度新能源汽车产业技术创新工程项目的通知》,要求到2015年电池单体能量密度达到每公斤180Wh以上(模块能量密度达到每公斤150Wh以上),而三元材料相对而言能量密度最高。上述通知并非强制性要求,但给车企提出了能量密度的要求,加之特斯拉效应,国内车企纷纷宣布转向。

因势利导 转向“三元”

2014年,已有江淮、奇瑞、北汽、众泰等一众厂家都表示,将在最新车型中采用三元材料,另起炉灶避免走磷酸铁锂路线,看上去雄心壮志,但据专家分析,他们还需面对三元材料电池生产的众多技术问题以及该材料本身的安全问题。

江淮汽车早就宣布,在其最新电动车和悦IEV5上,将采用三元材料电池,据称其续航能力将达到200公里左右。

奇瑞汽车也不甘落后,奇瑞汽车负责新能源汽车发展的某负责人表示,三元材料才是未来发展的方向,并宣布奇瑞全部电动车都将采用三元材料。

北汽新能源汽车有关负责人介绍,北汽的纯电动车现在还采用的是磷酸铁锂,但也正研发三元电池。

冯冲说:“2013年之前的中国电动乘用车全部采用磷酸铁锂电池,2014年陆续上市的部分新车开始采用三元材料,即将上市的江淮IEV5、北汽的EV200等车型改用三元锂材料。”有数据显示,在即将上市的十三款车型中,只有比亚迪、东风、长安等品牌的五款车仍采用磷酸铁锂电池,其余都已转向“三元”。

照此发展下去,三元材料大有胜出的可能。但也有业内人士表示了对这种发展趋势的担忧。有人认为,我国生产三元电池的能力不及日韩,尚存较大差距,长此以往难免受制于人。有国内某电池研究机构负责人说:“三元材料对工艺要求非常高,从元素比例、分子结构到正负极材料及隔膜电解液等都需要系统性开导。”而特斯拉最核心的技术优势是电池管理系统。

电池管理系统的重要性表现在,电动车电池多由众多小电池相互连接而成,这就需要一个统一的系统对其进行管理,以促进整个系统高效运转。以特斯拉为例,它摒弃了便于排列的扁平状大电池,而采用了直径18毫米,高65毫米的圆柱形锂电池,再将大量这种电池用电池管理系统进行统一管理,高效运转。

由于缺少高效的电池管理系统,国内许多厂家只能模仿聆风,将电池做成方形。就算将电池做成圆形电池包装,也很难在芯片上达到特斯拉的水平。有业内人士解释称:“因为三元材料的芯片很小,当多个芯片同时放电,对一致性要求非常高,否则很难发挥最大功效。”

虽然面对技术难题,但企业仍然热情不减,这与国家新能源汽车补贴政策的规定有关。因为政策是根据续航里程对车企进行补贴,三元材料显然更容易获得补贴。这也使得三元材料饱受质疑的安全问题遭到忽略。

“比亚迪”们 守望坚持?

当国内众多厂商纷纷转向时,在磷酸铁锂领域一直保持领先的比亚迪何去何从。比亚迪董事局主席王传福在谈到三元材料时表示,磷酸铁锂电池相较于三元材料更加安全,比亚迪选择磷酸铁锂是在权衡了安全、成本、寿命等因素之后慎重的选择。他说:“三元材料我们也有,会根据市场需求进行发展,如在某些小型车上使用。”

冯冲说:“比亚迪的磷酸铁锂电池早就已经量产并匹配在其电动车上,比亚迪当前的问题是由于其电动车销量较好,导致其电池配套产能不足。磷酸铁锂电池相对三元电池的优势是抗高温和防撞击能力强,安全性高。对电池管理系统的要求没有三元那么高。”

据比亚迪有关负责人透露,他们最新研究的磷酸铁锰锂电池有可能将能量密度提升一半以上,与三元材料相当。比亚迪宣称,这款“高能”电池将在明年实现量产。有动力电池领域专家表示,如果比亚迪能实现磷酸铁锰锂电池量产,将是电池行业的里程碑事件,因为这标志着续航里程在350公里以下的中小型车将获得安全且廉价的动力。

成本是比亚迪选择磷酸电池的重要因素。王传福说:“三元材料(镍钴铝)中的钴元素的已知储量十分稀缺,而磷酸铁锂材料则十分丰富。”所以价格也相去甚远。磷酸铁锂电池的成本远远低于三元材料。就算在磷酸铁锂电池中加入了锰,其储量亦十分丰富,价格可控。

但是也有人对此表示怀疑。有汽车行业分析师表示,将锰加入电池中对电池性能的影响仍然有待观察。据国金证券研报显示,磷酸铁锰锂短期应用难度大,从全球角度看,仍然没有具备将磷酸铁锰锂量产能力的企业。目前,只有个别企业实现了小批量生产。其技术难度主要体现在磷酸铁锰锂材料比表面积大、极片制作难度大和电压双平台等问题。

不过,面对磷酸铁锰锂的技术困境,比亚迪也并未将话说死。王传福曾表态:“比亚迪为大量数码产品生产三元材料电池,只要市场需要,我们并不排斥三元材料。”比亚迪的确在此领域拥有一定技术能力,转向“三元”对比亚迪不是问题,但转向也意味着其不得不放弃其在磷酸铁锂电池技术上优势。

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