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动力电池市场“兵分两路” 三元VS磷酸铁锂谁会是最后赢家

作者:陈玲丽时间:2021-11-11来源:电子产品世界收藏

在“碳中和”的宏观趋势下,传统燃油汽车退出只是一个时间问题,而新能源汽车作为接替者担负着重要的使命。

本文引用地址:http://www.lironba.com/article/202111/429600.htm

很多投资者将新能源汽车看做是新兴事物,但实际上电动汽车的发明要比燃油车早了近40年。早在1834年,美国发明家Tomas Davenport就成功用直流电驱动汽车前行。在1920年之前,电动车都比燃油车有着较强的优势。

然而,随着内燃机技术的飞跃式进步,动力弱、续航短的电动车逐渐被市场所抛弃,因为与燃油车相比,电动汽车性价比太低了。直到今日,续航里程和运行成本依然是制约新能源汽车发展的两大痛点。行驶里程不足、价格高昂,造成消费者明知道在燃油车会被替代的情况下,依然钟情于此。

实际上,制约新能源汽车发展的两大痛点可以归结为一个问题,那就是。

被看做是新能源汽车的心脏,其技术好坏将直接决定新能源汽车整体的质量,关键指标能量密度将直接决定续航里程。同时,电池系统又是新能源汽车造价占比最高的部分,直接影响整车的最终售价。

锂离子电池中应用最为广泛的两种电池

一个好的电池所能呈现出来的特点是一目了然的:充电速度快、使用安全、电池容量高、使用寿命长、成本低廉。这也对应着电池性能的五个关键指标:充放电表现、高低温表现(物理冲撞后的安全性)、能量密度、寿命、成本。

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相关测算显示,电控系统的成本占新能源汽车总成本的65%,远高于燃油车发动机的30%,仅一项成本占比就超过35%。作为新能源电动车的核心,动力电池已经成为整车厂商较量的底牌。

除了“造车新势力”以外,长安、大众、上汽通用、保时捷等传统车企都纷纷加入了新能源汽车的大潮之中。这也意味着对于电池的增量需求和创新设计与日俱增,电池的重要性也愈发凸显。

锂离子电池的发展虽只有40年历史,但凭借其能量密度高,循环用用寿命次数的优势成为了目前电动车上最常用的电池之一。然而,在锂离子电池中锂和在一段时间内都各自称霸过一段时间,两者存在着显著的差异。

(LFP)的最大优势就是成本低。目前是比较常见的电池材料,循环性能很好,电池材质稳定安全性高并且耐高温,但是在低温环境下电池的工作性能就会下降,多用于轻型电动设备中,因为其能量密度相对有限。

最早LFP就因为出色的安全性,成为动力电池的主流路线,而研发材料的企业则屈指可数。在所有人都认为LFP将成为动力电池正极答案的时候,特斯拉却用出色的电控技术向市场证明,只要技术足够好,那么电池的表现将比LFP电池更好。

2013年,特斯拉推出了第二款量产车Model S,它是当时世界上续航里程最远的纯电汽车,续航里程突破480公里,而当时普通新能源车的续航普遍在100公里左右。在Model S的助力下,亏损十年的特斯拉在2013年一季度首次盈利,同时也让世界关注到了三元电池的潜力。

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三元锂电池中三元指的是包含镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)或铝(Al)三种金属元素的聚合物,在三元锂电池中做正极;锂指的是电解质主要为六氟磷酸锂的电解液,而负极材料一般为石墨。

三元锂电池以续航能力见长,兼顾了能量密度高、循环性能好、耐低温,是消费级电动汽车的首选,不过安全性上相对于磷酸铁锂稍弱,尤其是在高温和撞击上,容易发生事故。特斯拉初期在电池上会发生自燃事故,就是因为使用了能量密度高的三元锂电池,而放弃了一定的安全性。

从电池技术本身发展趋势来看,从磷酸铁锂到三元锂、再到半固态/固态、锂硫、锂空气、锂金属电池等不断演进的技术路线仍是电池行业未来发展的方向。

无论是磷酸铁锂电池还是三元锂电池,在未来电动车领域都发挥着重要的作用,作为动力和储能,不仅有锂电池,最近研发出来的钠离子电池,更适合搭载在两轮电动车和储能领域。锂离子电池也并非是行业中的天花板,有最新新闻报道称,即将量产的锂金属电池较当前市场上最好的锂离子电池,能量密度提升40%+,未来的锂金属电池支持电动汽车续航达到1200km+,未来,在动力电池领域会有更多精彩产品。

是双雄并行还是一家独大?

如果说特斯拉效应让萌芽中的三元电池受到了关注,那么真正把三元电池推上时代前沿的则是产业政策。从2017年开始,新能源汽车围绕电池系统的续航里程、能量密度和电耗三个具体指标提出了新的补贴要求。三元锂电池在这三个指标上具有先天的优势,磷酸铁锂电池在这三个指标中完全没有优势,其市占率开始急剧下滑,从2017年初到2020年上半年,出货量一直被三元锂电池压制。一时间,三元电池俨然成为新能源汽车发展的正确答案。

国家宣布补贴退坡后,当时产业有少数人提出,磷酸铁锂电池可能将重回市场的主流,但是并未得到呼应,因为绝大多数人认为三元锂电池的性能优势会碾压磷酸铁锂电池,没有意识成本劣势,更没有认识到三元锂电池市占率提升的本质原因是政策。

今年上半年,LFP电池用强势回归之姿,向市场证明自身依然是动力电池最优的方案之一。总体而言,LFP电池的强势回归主要受自身、对手、需求三方面因素影响。

就自身而言,LFP虽然受制于克容量,在能量密度方面较三元电池有明显的差距,但实际应用中,电池厂商却可以通过异构化的电池包来提升效率。

比亚迪的刀片电池就是最好的例子。竭力将单体电芯尺寸做大,从而在有限空间内放置更多的电芯单体,通过压缩多余连接件的方式,提升电池包内电芯占比,从而最终有效降低成本,提升能量密度。数据显示,同样体积刀片电池的效率提升在50%以上。

而竞争对手三元锂电池按照目前全球规划,钴资源可用20年,镍资源可用30年,锂资源可用600年。稀缺意味着昂贵,意味着价格受供需关系影响十分巨大。由于三元电池常年来的紧供应状态,导致上游金属耗材钴的价格飙升。为了有效降低钴给三元电池带来的成本压力,电池厂商普遍采用“提镍去钴”的方式,减少钴在三元电池中的占比。

尽管电池厂商已经竭力降低成本,但三元电池的价格依然远高于LFP电池,同样发电量,两种电池的成本价相差十倍,居高不下的成本,导致三元电池多被应用在中高档车型中。在满足需求的基础之上,车企更青睐使用成本更低的磷酸铁锂电池,甚至新能源电动车天花板特斯拉也开始采用LFP电池来降低成本。

最后回归行业层面,新能源汽车补贴的退坡让车企开始更关注产品的性价比,因此与其追求高续航的性能优势,倒不如控制产品造价,以此来换取销量。去年7月,五菱宏光推出了一代神车“宏光MINI”,小巧的外形加上2.88万元的低廉起售价,满足了很多中低端消费者的新能源需求,同时也激发了LFP电池的回春。

补贴退坡+A0级别汽车需求的放量,让车企重新聚焦新能源汽车的性价比,从而带动了LFP电池销量飙升。

目前采用磷酸铁锂电池的车型越来越多,随着特斯拉与宁德时代预定45GWh磷酸铁锂电池,奔驰宣布使用磷酸铁锂电池,造车企业巨头都使用磷酸铁锂电池,说明资本对磷酸铁锂的青睐。动力电池格局又生变化 —— 磷酸铁锂电池销量暴增,三元电池出货量已经渐渐被反超。

值得注意的是,9月已经是LFP电池连续第5个月度产量超过三元电池。今年前9月,LFP电池产量合计71.6GWh,同比增长291.4%,而同期三元电池的产量为62.8GWh,仅同比增长131.1%。中国汽车动力电池产业创新联盟发布的数据显示,三元电池装车量占比为51.2%,磷酸铁锂电池占比为48.7%。

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磷酸铁锂的装机量和产量的增长幅度越来越大,可以推测出目前的市场的风向更多是向着磷酸铁锂的方向倾斜。与磷酸铁锂电池相比,主打高能量密度、高性能的三元电池,当前的市场占有率以肉眼可见的速度节节败退。由之前市场份额百分之七十缩水到现在的百分之四十。

需要指出的是,磷酸铁锂的复苏并不意味着,三元锂电池的没落。两种不同的技术路线都能满足用户不同的出行需求,从实际情况来看,绝大部分电池企业也都选择两条腿走路”。

事实上,磷酸铁锂与三元锂电池的特性早有定论,只是在不同的阶段,电池特性的权重不一样。例如锂电产业发展早期,稳定性与循环寿命决定了新能源汽车从0到1的突破关键,磷酸铁锂无疑更具优势。

而在电动汽车从能用到好用的过程中,续航焦虑成为首要问题,能量密度具有天然优势的三元锂电池不断蚕食着磷酸铁锂的市场空间。随着技术进一步发展,新能源汽车市场井喷式扩张,上游供给严重不足,对稀有原材料依赖度更小的磷酸铁锂,凭借成本优势又变得更受车企青睐。此消彼长的螺旋式发展中,磷酸铁锂、三元锂电池逐渐走向成熟,也凭借不同的特色满足着差异化的出行场景。

每一种技术都有自身的特点,对应着不同的应用场景,多元化才是未来技术路线的主旋律。在融合创新的时代,甚至还可能出现多种技术路线集成在同一动力电池上的场景,此时磷酸铁锂、三元锂电池再也不分你我,类似于自然界的“共生”关系。

混合电池是不错的技术创新,它既有磷酸铁锂的安全性和成本控制,又兼顾了三元锂电池的能量密度。事实上,类似的多技术路线电池早已出现。例如2021年7月底,宁德时代首次发布钠离子电池时,就发布了独创的AB电池包模式,即电池包中即含有钠离子电池,又含有锂离子电池。

这对BMS系统(电池管理系统)提出了极高的要求。但效果也十分显著,平衡了钠离子电池和锂离子电池优缺点的新型电池,不再有明显短板,可以满足更多元的市场需求。

无独有偶,在固态电池量产化的过程中,为了暂时避开固态电解质导电率、内阻、界面阻抗及相容性等技术难点,不少企业将产品方向转为半固态电池,既有液态电解质又有固态电解质,其量产难度远远低于全固态电池。

未来电池技术充满了想象空间,但可以确定的是,磷酸铁锂不会一家独大,越来越多的电池种类会投放在市场中,多元化才是电池技术永恒的主题。



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