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                                                  換個角度看電池路線之爭

                                                  換個角度看電池路線之爭

                                                  • 分類:行業資訊
                                                  • 作者:
                                                  • 來源:真理研究
                                                  • 發布時間:2019-07-02
                                                  • 訪問量:17

                                                  【概要描述】2019年7月新能源汽車動力電池實現鋰電裝機4.9GWh,環比下滑25%,同比增加34%,具體來看,本月鐵鋰電池裝機反超三元,環比增加59%,占比一躍至52%,再次占據半壁江山。

                                                  換個角度看電池路線之爭

                                                  【概要描述】2019年7月新能源汽車動力電池實現鋰電裝機4.9GWh,環比下滑25%,同比增加34%,具體來看,本月鐵鋰電池裝機反超三元,環比增加59%,占比一躍至52%,再次占據半壁江山。

                                                  • 分類:行業資訊
                                                  • 作者:
                                                  • 來源:真理研究
                                                  • 發布時間:2019-07-02
                                                  • 訪問量:17
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                                                  前 沿

                                                    2019年7月新能源汽車動力電池實現鋰電裝機4.9GWh,環比下滑25%,同比增加34%,具體來看,本月鐵鋰電池裝機反超三元,環比增加59%,占比一躍至52%,再次占據半壁江山。在新能源汽車行情低迷情況下,LFP電池為何會逆勢回升?其實鐵鋰電池的市場一直存在,需求仍在增長,而且鐵鋰電池廠家的技術升級從未停止,更重要的是,磷酸鐵鋰電池的高安全、低成本和長壽命特征仍是其他類型電池努力追趕的目標。如果我們回歸人類對于能源和交通的需求的本質來看待電池的路線之爭,可能觀點會有所不同。

                                                   

                                                  人類文明時代電池路線之爭該何去何從

                                                    當下的文明多半是建立在能源消耗基礎之上的,石油資源面臨枯竭,即使勘探技術的進步能夠幫助人類發現一些新的化石能源,但這畢竟有限,對于迅速增長的能源需求來說,這只是滄海一粟。而人類的未來很可能取決于我們能否盡快擺脫化石燃料帶來的污染以及日益減少的供應能力?;诃h境和能源兩大因素,可以認為全球新能源改革的浪潮已經到來。

                                                    能源和交通是現代人類文明發展的兩大基石,而能將二者完美結合起來的紐帶就是新能源汽車及其車載動力電池產業。新能源汽車作為很有前途的朝陽產業,若想與傳統燃油車分庭抗禮乃至取而代之,僅靠政策的出臺以及民眾意識的轉變恐怕是沒有支撐力的,此刻電池技術的發展與進步顯的尤為重要。在現有的二次電池技術中,能量密度相對較高、綜合性能表現最佳的鋰離子電池是不二之選。

                                                    如同電動汽車發展路線之爭一樣,在2006年前后磷酸鐵鋰產業興起的那一刻開始,車載動力電池是走錳鋰路線還是鐵鋰路線,乃至今日是走三元路線還是鐵鋰路線,這樣的爭論就一直未曾停歇。從理論角度看,各有各的優勢,也各有各的劣勢,難分伯仲。而當下動力電池呈現出多技術路線共同發展的趨勢,主要圍繞著鐵鋰、三元、錳鋰三種材料,各自在各自的應用領域風生水起,占據一定的市場份額,但相較而言,新能源汽車領域三元電池更占據主導地位。

                                                   

                                                  換個角度看電池路線之爭

                                                   

                                                    而隨著儲能市場的興起,發展前景無限的儲能市場逐漸成為鐵鋰電池未來的“風口”。鐵鋰電池由于超長壽命、安全可靠、成本低、自燃概率低、相較三元更加耐熱等特點,在儲能市場已經獲得通行證。未來儲能市場可以用萬億元的產值來衡量,向儲能領域轉移,將會延長鐵鋰電池的價值鏈條,推動全新商業模式的建立。

                                                    那么,最終該選擇哪種電池技術路線?就當下新能源汽車產業增速放緩、儲能市場仍處于產業孕育期來看,路線之爭花落誰家還尚未可知,但毫無疑問,人類需要的是更安全、更環保、更節約能源的電池產品,這就意味著電池企業需要與上下游配套企業相結合,從成本、安全、可靠、性能等多個維度去分析,從而選擇出一個最佳的電池技術路線。

                                                    真鋰研究認為,未來幾年,對循環壽命、安全性要求更高的儲能市場、公交車市場以及對價格較為敏感的低端乘用車市場將是鐵鋰電池發展的重要舞臺,而對能量密度、功率特性要求更高的中、高端乘用車市場將由三元電池主導。相信,隨著新能源汽車產業的持續發展以及儲能市場的爆發,鐵鋰電池和三元電池或將是互為補充、相輔相成的關系。

                                                    其實現在對電池路線下結論還為時尚早,當下首要思考的關鍵問題是電池到底能不能滿足產品需求。2019年1-7月鐵鋰電池回潮信號不斷釋放,表現亮眼,江淮、奇瑞、北汽新能源等車企紛紛向鐵鋰電池拋出“橄欖枝”,前景無限的儲能市場鐵鋰電池開始發力,這都指向鐵鋰電池將再次迎來春天,究竟鐵鋰電池能不能滿足產品的需求?下文我們將多維度對鐵鋰電池優劣勢進行分析。

                                                   

                                                  鐵鋰技術升級從未停止

                                                    鐵鋰電池唯一的短板是能量密度低,業內普遍認為單體180Wh/kg的能量密度是磷酸鐵鋰電池的“天花板”。根據真鋰研究鋰電裝機數據庫分析,2019年量產的鐵鋰電池單體能量密度年均水平在165Wh/kg左右,而一些優秀的電池廠家已經可以做到180-190Wh/kg的水平。相比于前年的142Wh/kg以及去年的158Wh/kg,三年時間內,電池企業在鐵鋰電芯能量密度提升上可謂苦心造詣,年年都有“量”的突破,今年索性實現“質”的飛躍。

                                                   

                                                  換個角度看電池路線之爭

                                                   

                                                    作為鐵鋰電池的代表企業,國軒高科在產品端交出了亮眼答卷,成功打破這一“天花板”,其開發的圓柱鐵鋰電芯能量密度可達到190Wh/kg,該產品已在江淮iEV7L上裝車使用,成組后電池包能量密度接近三元622電池同等水平。然而國軒高科看似并未滿足當前成績,還計劃進一步提高鐵鋰電池的電芯能量密度,預計突破200Wh/kg。如果鐵鋰電池能夠破除能量密度這一短板,鐵鋰電池的前景便是一馬平川。

                                                   

                                                  換個角度看電池路線之爭

                                                   

                                                    相對三元電池來說,鐵鋰電池在電芯能量密度上不占優勢,但由于鐵鋰自身材料穩定優勢及電池包結構開發技術不斷升級優化,鐵鋰電池系統能量密度平均水平與三元電池沒有明顯差距,并且仍在不斷加碼提升。據悉,國軒高科計劃將鐵鋰單體能量密度提高到200Wh/kg時,系統能量密度可以提升到160Wh/kg,這貌似又是一個“質”的突破。

                                                   

                                                  換個角度看電池路線之爭

                                                   

                                                    目前主流電池企業鐵鋰電池成組效率基本都已經可以達到85%的水平,但是三元電池成組效率只能做到70%水平,二者電池包結構開發技術還是存在一定差距。

                                                   

                                                  鐵鋰降成本更顯成效

                                                    其實無論今后是發展哪一種技術路線,首先都需要考慮如何實現快速降成本問題。由于技術進步以及原材料降價,我國動力電池成本確實得到進一步下降。

                                                    (1) 原料端實現電芯降成本

                                                    鐵鋰電池正極原料中除了碳酸鋰價格相對較高以外,其他原料都相對便宜很多,而三元電池中的鎳、鈷原料價格相對較貴。當前鐵鋰正極價格為4.65萬元/噸,而三元523正極價格為13萬元/噸,約是鐵鋰正極材料價格的3倍。此外,根據圖表5、6,真鋰研究計算得知,鐵鋰電池系統中正極材料僅占成本的14%,而三元電池系統中正極材料僅占成本的27%,昂貴的鈷價和鎳價抵消了三元電池能量密度優勢。目前鐵鋰電池系統成本已降至0.7元/Wh,三元電池系統成本在0.9元/Wh左右徘徊。

                                                   

                                                  換個角度看電池路線之爭

                                                   

                                                  換個角度看電池路線之爭

                                                   

                                                    (2) 自供原材料實現電芯降成本

                                                    在動力電池成本結構中,四大材料總成本占比接近40%。材料的性能和價格直接決定了鋰電池的性能和價格。根據圖表7、8,真鋰研究測算,自供原材料的電池企業其四大原料合計成本價格比外購原料的電池企業價格低20%,電池毛利率高10%。

                                                    不同于單純做材料或者做電芯的企業,自主研發材料的電芯企業,需要對材料有更深的認識,一旦材料在電芯端應用出現任何問題,需要快速在前端做出適當調整,通過這種材料和電芯端的不斷反復磨合,最終實現材料和電芯的最佳匹配,同時也可以促進材料開發水平的進步。

                                                    在降成本領域,國軒高科深諳其道,早早地在材料端做起了文章,“不許外購”的“鐵律”使得國軒高科占得市場先機,掌控了材料端的話語權。國軒高科在電池的正極材料、負極材料、隔膜和電解液等原材料端,均已形成較為完整的產業鏈布局,其領先于同行業的材料技術優勢和全產業鏈布局優勢極大地減輕了成本壓力。

                                                   

                                                  換個角度看電池路線之爭

                                                   

                                                  換個角度看電池路線之爭

                                                   

                                                    (3) 提升容量減少輔材降成本

                                                    通過使用大容量電芯,以節省外殼輔助材料成本。根據測算,特斯拉Model3采用的全新21700電池,相比18650電池在外觀上變長變粗,減少了10%左右的組件和重量,單體電池容量提升約35%,能量密度提高20%,電池系統成本降低約9%,售價降低約8%。

                                                    (4) 電池包設計一體化降成本

                                                    采取電池包和整車底盤一體化設計,即將部分電池包的承重轉移到底盤上,從而實現輕量化,且能夠實現電池組較大幅度降本。目前特斯拉與大眾已經跳過PACK“T字、工字型、土字型和田字”架構,積極推進電動底盤一體化。

                                                    (5) 全生命周期梯次利用降成本

                                                    長壽命性能給退役的動力鐵鋰電池帶來新的價值。鐵鋰電池退役后,可以進入梯次利用市場,例如鐵塔基站,分布式儲能等領域,從而進一步降低鐵鋰電池全生命周期成本,使得鐵鋰技術路線更具成本優勢。

                                                   

                                                  鐵鋰循環壽命超長

                                                    電池壽命就是電池在多次完全充放電后的電量衰減,一般電動車電池充滿后衰減到原有80%電量就代表電池該換了。

                                                    鐵鋰電池完全充放電循環次數大于3500次后電量才會衰減到原有的80%,按照一天充放電一次計算,也就是說鐵鋰電池使用壽命可長達十年左右,這意味著電動汽車在整個生命周期內,用戶基本不需要更換電池。但三元電池比鐵鋰電池壽命要短一些,完全充放電循環大于2000次就會衰減到原有的80%,其使用壽命僅有6年,當然通過電池管理和車輛電控系統也可以稍微延長一點電池壽命,但是也只能是稍加延緩,兩者壽命之間的差距可見一斑。

                                                   

                                                  換個角度看電池路線之爭

                                                   

                                                  鐵鋰安全性有保障

                                                    三元技術路線和鐵鋰技術路線本質區別在于電芯所選用的正極材料不同。鐵鋰技術路線的電芯正極材料是磷酸鐵鋰,三元技術路線的電芯正極材料是三元材料,而磷酸鐵鋰的熱分解溫度要高于三元,并且熱分解過程中,放熱量小。一般磷酸鐵鋰材料熱分解溫度約為250~270℃,三元材料的熱分解溫度約為220~240℃。

                                                   

                                                  換個角度看電池路線之爭

                                                   

                                                    下圖展示的是1款LFP電池和3款NCA電池針刺實驗結果,其中3款NCA電池針刺均失效且火花四射,場面壯觀,而LFP電池則像個安靜的女子。

                                                   

                                                  換個角度看電池路線之爭

                                                   

                                                    三元電池最大的問題就是熱穩定性較差,電池中可燃的電解液、碳材料一點就著,產生的熱量進一步加劇正極材料分解,在極短的時間內就會爆燃。此外,三元電池短路時放出的熱量會造成電池熱失控,電池溫度會迅速升至300℃以上,存在自燃風險。因此三元電池對電池管理系統的要求非常高,需要防過溫保護裝置和電池管理系統來保護電池的安全。

                                                    不同于三元電池,鐵鋰電池最大的優點就是安全,磷酸鐵鋰的化學性質穩定,電熱峰值可達350℃-500℃。在面對撞擊、針刺、短路等情況時不會釋出氧分子,不會產生劇烈的燃燒。

                                                    由于鐵鋰正極材料的高熱穩定性以及熱失控時低放熱量,在電芯其他材料相同,電池包結構設計相同,結構件相同等條件下,鐵鋰電池較三元電池還是有著明顯的安全優勢。

                                                   

                                                  總結

                                                    鋰電行業將進入市場需求拉動行業增長的階段,電池技術路線的選擇權將交給市場,而安全性高、生命周期較長、有較高性價比的產品最終才能成為市場的主要需求,加之新能源汽車市場需求的多元化和細分化,磷酸鐵鋰的未來或許比一些人想象的樂觀的多。而如果回歸人類能源文明與交通文明的角度來看待電池的路線之爭的問題,那么高安全、長壽命、低成本消耗的磷酸鐵鋰電池也將有更大的發展空間。

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                                                  金楊

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