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马斯克盛赞磷酸铁锂电池好,三元锂要完?

「我更喜欢磷酸铁锂电池!」

8 月底,马斯克在推特盛赞铁锂电池,「铁锂电池的使用体验和三元电池一样!而且它可以充电到 100%!」,他还确认接下来在美销售的标续升级版 Model 3 将换装磷酸铁锂电池,续航从 263 英里调整到 253 英里,但价格保持不变。

作为特斯拉重要的电池供应商,宁德时代听闻此消息也是「凡尔赛」地在微博截图转发了马斯克的推特。

从刀片电池到特斯拉的「无钴」,随着市场对铁电池的日渐看好,资本市场更是一路飘红,短短一年时间里,相关概念股已涨幅超过 100%。

磷酸铁锂电池真有那么好?

现阶段磷酸铁锂电池的制取主要是「磷酸铁+碳酸锂+碳源」的路线,早年磷酸铁都需进口,成本高昂,随着原料的进一步国产化,磷酸铁的成本愈加低廉,加上「铁」元素随处可得,相比「镍钴」这类稀有金属,成本优势巨大。

所以磷酸铁锂的第一优势就是便宜。成本对于电动汽车这样的大规模工业品来说,非常重要。

第二点很重要的就是安全性,安全体现在三个方面:

1、磷酸铁锂晶体中的 P-O 键稳固,难以分解,即便在高温或过充时也不会像钴酸锂一样结构崩塌发热或是形成强氧化性物质;

2、磷酸铁锂电池组在高温下的稳定性,可达 390℃ 以上,保证了锂电池组内在的高安全性,不会因过充、温度过高、短路、撞击而产生爆炸或燃烧,可以轻松通过针剌实验;

3、燃烧需要外部提供氧气,一旦氧气源被切断,火就能熄灭。在极端的情况下,磷酸铁锂的燃烧也不激烈,而且火势扩大也比较缓慢,起火也比较容易被扑灭。

总结为几个词就是耐高温、不易燃、高寿命。事实证明,搭载铁电池的新能源车发生自燃的概率要比三元电池的车低得多。

便宜、安全、寿命高,磷酸铁锂电池样样戳中车厂的痛点。

车企争先恐后,磷酸铁锂再遇「上车热」

熟悉动力电池产业应该还记得,2008~2010 年年间,铁锂电池就在国内开始燃起星星之火,彼时的北京公交和奥运大巴便搭载了铁锂电池,给人们留下了深刻的印象。随后,洒水车、垃圾车、扫地车等一系列市政作业的商用车开始使用铁锂电池。

到了 2014~2016 年这段时间里,铁锂电池迎来高光时刻。2015 年,铁锂电池产能达到 10.86 GWh,此时的三元电池仅有 4.26GWh,磷酸铁锂电池可谓供不应求。

2017 年开始,磷酸铁锂电池迎来了政策的当头一棒。当时的新能源补贴政策格外青睐电池包能量密度:谁的能量密度高,谁就可以多拿补贴!于是乎,天生不善于高能量密度的铁锂电池只能败下阵来,被三元电池取代了昔日的霸主地位。

近年来,随着政策调整,补贴上限被「锁死」,更高的能量密度已经无法换取更高额的补贴,加上三元锂频频「失火」,车厂开始理性看待电池的配方问题,而不再盲目追求高密度。此时的铁锂电池因为结构工艺创新,在能量密度上也没有当年那么拉胯了。

春天来了!

数据显示,今年 1~7 月,我国动力电池装车量累计达到 63.8GWh,其中三元电池装车量为 35.6GWh, 占总装车量 55.8%;磷酸铁锂电池装车量累计 28.0GWh, 占总装车量 43.9%。

需要强调的是,三元电池在过去七个月里同比累计增幅是 124.3%,而铁锂电池却达到了惊人的 333.0%!虽然后者的装车量依然和三元电池有相当的差距,但在巨大增幅面前,这个差距正在越来越小。

高工产研推测,今年全年,国内磷酸铁锂电池的出货量预计将达到 90GWh;华安证券也给出了相应预测:中性假设下,预计 2025 年磷酸铁锂电池出货量将达到 343GWh,其中动力约 188GWh,基站约 10GWh,储能约 28GWh,电动化船舶约 35GWh,铅酸替代领域约 82GWh。

那么这些铁电池都去哪儿了?

事实上,下至五菱宏光 MINI EV,上至特斯拉 Model 3、小鹏 P7,目前均有磷酸铁锂版本,当然还是有磷酸铁锂忠实拥趸——比亚迪家的汉 EV。

上述车型均是当下电车市场极为畅销的产品,铁锂电池版本小鹏 P7 的推出更是在今年为小鹏创下了月度交付记录。

甚至是扬言不卖三十万以下的蔚来也打起了磷酸铁锂的主意,今年 4 月,蔚来申请了一项新的电池专利,新的 75kWh 电池采用最新的三元+磷酸铁锂材料混装技术。

简单来说就是将两者的组合型电池模组串联起来,共同集成同一个电池包内,从而构成了双体系电池系统。这两者的比例有可能是 5:1、3:1、甚至是 1:1。要想降低成本,只要提高铁电池的比重即可。

在此之前,业界便有消息传出蔚来正与宁德时代在共同测试磷酸铁锂版车型,新车不日便将推出,对此李斌曾回应道「我们在做各种可能性的讨论,短期内不会量产使用,而且磷酸铁锂其实也占不了那么多(比例)。」

不难看出李斌话中的意思,蔚来会用铁锂电池,但可能用得很少。

磷酸铁锂好是好,但缺点同样致命

虽然铁锂电池的优势明显,但劣势同样格外突出。千万别上当,马斯克口中的「铁锂电池和三元电池体验一致」完全是「自卖自夸」的营销措辞。

首要缺点依然是能量密度。虽然比亚迪的「刀片电池」技术、宁德时代的 CTP 技术已经让铁锂电池的整包能量密度有效提升,但铁锂电池相比三元电池的能量密度差距依然很大,最牛掰的铁锂电池能量密度也只能做到 190Wh/Kg,刚刚追上三元锂。

在产业界,磷酸铁锂发展这二十多年来,在材料科学上基本没有什么创新之处,多数的进步都来自于工艺的优化,这就导致铁锂电池很难有巨大的突破。

北京大学化学学院副院长陈继涛认为,目前提升铁锂电池能量密度的办法就是优化电池的材料设计,将磷酸铁锂的颗粒做大,增强其导电性。

另一个让人头疼的就是铁锂电池的低温性能,磷酸铁锂的耐寒性非常差,到零度以下便会性能打折,主要体现在输出无力、续航大幅缩短等方面。

陈院长认为,要想改善铁锂电池的低温性能,核心点在于颗粒内部离子和电子传输,主要方法有三:进行离子掺杂、引入快离子导体、构建内部的离子三维通道。

这些术语都比较硬核,实现起来也比较复杂,从现阶段量产的实际表现来看,「不怕冷」的磷酸铁锂电池还不存在,依然是「道阻且长」。

磷酸铁锂还有一个显著缺点就是 SOC 不精准,也就是我们常说的「欢乐表」,表显续航和实际续航出入很大,这给用户体验造成了很大的困扰。一来用户无法对车辆续航做到心中有数;二来没有一个精准的 SOC 数据,BMS 系统就很难对电池制定科学的控制策略。

迄今为止,这个问题依旧没有一个完善的解决方案。强如特斯拉,它的磷酸铁锂 Model 3 也同样存在这样的问题。

上文我们提到蔚来的电池新专利,其实对应这套双体系电池系统,蔚来还有一项 SOC 估算方法的专利。

术语很复杂,简单来说,就是拿较为准确的三元锂 SOC 去估算整个电池系统的 SOC。由于三元电池和铁锂电池的特性不同,此专利方法还会对电池衰减以及衰减速率的不同进行动态调整,始终保证三元电池 SOC 的准确性。

最后就是关于回收问题,国家的要求是谁制造谁负责回收。

光大证券曾给出这样一组数据:回收 1 吨三元电池,成本约 21900元;回收 1 吨铁锂电池的成本约 21400 元。

也就是说两者的回收成本相当,但问题来了,三元电池的回收价值要远高于铁锂电池,三元中的镍,钴等稀有金属可比铁值钱多了。而北京大红门储能站的爆炸,也让退役电池用作储能这件事的安全性画上了问号。

回收价值低也就意味着回收成本需要转嫁给生产成本,那么只有铁锂电池的成本能够进一步降低,才能平衡这笔支出,而这笔账至今没有人算清过,但随着铁锂电池越来越多,这必须得算得明明白白。

写在最后

当下的磷酸铁锂就是一个矛盾体,它有着亲民的成本和友好的安全性,但却笨重、怕冷还「糊涂」。它是车企的降本利器;它也是北方用户的恶梦;它回收价值极低;它重度依赖工艺创新。

不管怎么样,铁锂电池仅凭能量密度一点就永远无法取代三元锂电池,北方车主也无法接受它的冬季性能,即便马斯克「叫嚣」着未来三分之二的特斯拉都要用上磷酸铁锂,但消费者不买账就是句空话。

来源:第一电动网

作者:电动星球News蟹老板

本文地址:https://www.d1ev.com/kol/155787

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