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三元电池的安全性纷争能否成就磷酸铁锂电池的逆袭?

来源:上海有色网   更新时间:2018-12-06 13:12:18    
三元电池的安全性纷争能否成就磷酸铁锂电池的逆袭?

  据不完全统计,2018年国内发生的新能源汽车起火事故已超过30起。安全事故频发使得整个新能源汽车行业开始关注自燃背后的技术问题,众多调查都将事故的起因指向了动力电池。

  对此有专家表示,这是行业近期片面追求能量密度的结果。因为电池在充放电时,不当的操作或者电流过大等都会导致电池温度过高,若遇上剧烈碰撞,电芯内部会出现短路现象,极易引发电池的自燃。这时,能量密度不高但安全性却让人放心的磷酸铁锂电池,再次收获了关注。

  在我国新能源汽车的发展之初,磷酸铁锂电池占据着动力电池的主技术路线。数据显示,2015年磷酸铁锂电池和三元锂电池的装机量占比大约为7:3,2016年这个数据变为6:4,虽然2017年客车补贴退坡,电动客车产销量下降,但两者仍基本持平。而随着国内新能源汽车对续时里程的要求逐渐增加,使得能量密度更大的三元锂电池迅速赶超磷酸铁锂电池的市场占比,进入2018年后,仅半年时间,三元锂电池就完成了反超。

  受能量密度的制约,磷酸铁锂电池市场需求低迷

  近两年来,新能源汽车市场的主要增量来自于乘用车市场,根据新能源汽车补贴新政要求,汽车补贴将与续时里程及能量密度挂钩。补贴政策的导向和乘用车装机电池对于能量密度的高要求,使得磷酸铁锂电池市场占比下滑,装机量萎缩。但一些不追求高续航的细分车型还是会选择性的使用磷酸铁锂电池,比如说用于城际通勤的乘用车。

  数据显示,今年前三季度,我国电动乘用车总装机量为16.06GWh,其中三元锂电池占比87%,为13.98GWh;磷酸铁锂电池占比12%,为1.92GWh。

  四个月前,三元锂仍占据着动力电池市场的绝对优势。数据显示,我国新能源汽车市场动力电池7月装机量为3.34Gwh,同比增长29.01%。其中三元锂电池装机量为2.35Gwh,占比达70.26%;磷酸铁锂电池装机量为0.93Gwh,占比为27.81%。

  电池的能量密度指的是电池平均单位体积或质量所释放出的电能,为什么会如此备受关注呢?原因大致有两个:

  一是钱;按照今年6月补贴新政的要求,新能源汽车电池系统能量密度的补贴门槛为105Wh/Kg,其中105(含)-120Wh/kg的车型按0.6倍补贴,120(含)-140Wh/kg的车型按1倍补贴,140(含)-160Wh/kg的车型按1.1倍补贴,160Wh/kg及以上的车型按1.2倍补贴。

  二是续时里程;对于电动汽车、尤其是乘用车来说,电量的多少决定着车辆续时里程的长短,而电池的能量密度则直接影响着电池包的电量,可以说是续时里程的直接决定因素了。

  常见的三元锂电池单体电芯为200Wh/kg,电池系统能量密度约在140Wh/kg;而此前磷酸铁锂电池单体电芯能量密度约在140-150Wh/kg,电池系统能量密度约为110-120Wh/kg。就是这种差距,使得磷酸铁锂电池的市场需求迅速低迷,装机量下降,也使得磷酸铁锂材料产能严重过剩、价格不断下跌。今年年初磷酸铁锂材料的主流价格为9万-9.5万元/吨,目前这个数字为6万-7万元/吨左右,下降了约30%。

  补贴新政实施,磷酸铁锂市场占比和装机量稳步提升

  不过“三元独霸一方,铁锂日渐式微”的状况并没有维持太久,今年7、8两个月,磷酸铁锂电池装机量逐渐提升,尤其是在乘用车领域。公开数据显示,8月份我国动力电池产量共6.69GWh,其中三元电池产量3.78GWh,占产量总比56.51%,磷酸铁锂电池产量2.83GWh,占产量总比42.35%,两者均占据绝对主体地位。从今年前8个月的电池市场发展情况来看,补贴新政实施后,磷酸铁锂电池在新能源乘用车和专用车的搭载比重皆有所增加。

  9月份数据变化更加明显,当月我国新能源汽车动力电池装机量高达6.01GWh,同比增长66.32%。其中三元锂电池占比59.8%,为3.59GWh;磷酸铁锂电池占比39.2%,为2.35GWh。

  一系列的回暖迹象使得磷酸铁锂重获追捧,除了技术路线扩大之外,储能市场的发展也是带动磷酸铁锂增长的重要因素。

  在技术路线方面,越来越多的增程式电动汽车开始采用磷酸铁锂电池,不但能提高车辆的安全性,还可以降低整车制造的成本,助力增程式电动汽车扩大在新能源汽车市场的份额。举例来说,电池容量为25Ah、电压为48V的动力电池,磷酸铁锂电池和三元锂电池的最低市场报价一般为1020元和1210元。

  在储能市场方面,得益于一些动力电池企业开始布局储能业务,磷酸铁锂的市场需求开始扩增。据国际市场研究机构GTM Research的储能报告显示,2018年锂离子电池价格下降幅度变缓,中国的电网侧储能项目的应用却使磷酸铁锂电池用量持续增加。

  另一方面,随着技术的不断提升,目前部分磷酸铁锂电池能量密度已达到三元NCM523的水平(主流的NCM523电池能量密度为160-200Wh/kg),已基本达到补贴最高要求。且相较于三元锂电池,磷酸铁锂电池在稳定性方面更具优势。

  最后是补贴的大幅下滑,磷酸铁锂之所以在原材料的供应和价格方面具有低风险性,是因为不需要用到钴等贵重金属,这将有助于电池生产企业在一定程度上减少成本压力。

  能否回暖的决定因素是“市场的选择”

  随着磷酸铁锂的回暖迹象愈发明显,业内对此也诸多争议。争论的焦点之一是安全问题。一般情况下,单体电芯单位空间聚集的能量越多,瞬间爆发出来的危害性越大,安全性越低。所以能量密度较低的磷酸铁锂电池的安全性相对于三元锂电池略高一些。

  从技术方面来讲,磷酸铁锂电池提高能量密度的方式主要是提高电池整体成组效率。而成组效率越高,电池内安全部件越少。

  但根据政策的规划,2020年国内锂离子动力电池单体能量密度要达到300Wh/kg,争取达到350Wh/kg。随着镍含量的提升,对电池模组的抗振、抗冲击、抗膨胀、绝缘隔热等性能也提出了更高的要求。虽然目前磷酸铁锂电池单体电芯能量密度能做到180Wh/kg,但仅处于试验阶段,产品的稳定性还需要进一步的实验和验证,离批量上市还有很长的一段路要走。

  不过,汽车市场体量大且应用场景多样化,商用车、卡车等更多的会采用磷酸铁锂电池,乘用车、轿车会偏向于三元锂电池。未来电池市场的发展的将由技术路线、价格机制等多维度的市场选择来决定。

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