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來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-18 12:43
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鋰離子電池在智能手機(jī)，筆記本電腦和電動(dòng)汽車中安裝數(shù)十億次。它們因其高能量密度而受到重視。但鋰離子電池在過(guò)去幾年也引起了負(fù)面新聞：圖像顯示筆記本電腦燜燒，智能手機(jī)燒壞。“燃燒”電池內(nèi)部會(huì)發(fā)生什么，這可以防止嗎？
由于他們首先在攝像機(jī)來(lái)到世紀(jì)90年代初，鋰離子電池已經(jīng)開(kāi)始在全球范圍內(nèi)的成功：今天，數(shù)以億計(jì)的這種電池的智能手機(jī)和筆記本電腦每年建成，而且在電動(dòng)汽車和飛機(jī)找到他們。“鋰離子技術(shù)實(shí)際上首先使智能手機(jī)和筆記本電腦成為可能，”研究人員說(shuō)。“與其他電池相比，它們具有迄今為止最高的能量密度。”
但是，如果電池內(nèi)部發(fā)生短路，這種性能也可能是有害的。這是非常罕見(jiàn)的，數(shù)十億的電池只有幾十個(gè)受到影響 - 但是通過(guò)媒體一遍又一遍地反復(fù)出現(xiàn)熔化甚至爆炸的鋰離子電池的圖像。
與其他電池一樣，鋰離子電池由兩個(gè)電極組成。負(fù)極，陽(yáng)極和正極，即陰極，通過(guò)所謂的隔膜分離，所述隔膜可透過(guò)鋰離子。電極之間的空間另外填充有電解質(zhì)。電解質(zhì)是液體，鋰離子應(yīng)盡可能自由地移動(dòng)，但不導(dǎo)電。
在新充電的智能手機(jī)或筆記本電腦中，鋰最初是陽(yáng)極上的電中性鋰原子形式。陽(yáng)極材料由石墨組成，其中嵌入鋰。如果手機(jī)或計(jì)算機(jī)正在消耗電力，則會(huì)發(fā)生以下情況：在電池內(nèi)部，鋰離子通過(guò)電解質(zhì)而隔板到達(dá)陰極再次存儲(chǔ)。同時(shí)，陽(yáng)極材料發(fā)射電子，該電子也通過(guò)外部電路流到陰極。
在充電過(guò)程中，該過(guò)程被反轉(zhuǎn)：現(xiàn)在，由于施加的電壓比所述電壓在電池盛行時(shí)，鋰離子移動(dòng)回到陽(yáng)極和存儲(chǔ)在那里。“電池充電是因?yàn)殛?yáng)極處的鋰電位更高，”Figgemeier解釋道。所以你必須施加能量將鋰從陰極帶到陽(yáng)極 - 相反，能量被釋放。鋰離子特別好，因?yàn)樗鼈兛梢栽陔姵刂挟a(chǎn)生特別大的電位，即大約4伏。對(duì)于其他電池，這些電位并不高。“具有如此高的能量密度，基本上可以釋放更多的能量?？赡馨l(fā)生在你身上的最糟糕的事情是四伏短路。“
當(dāng)不受控制的電流在陰極和陽(yáng)極之間流動(dòng)時(shí)發(fā)生短路，因?yàn)閮蓸O之間的電壓下降到接近零 - 例如因?yàn)閮蓚€(gè)電極接觸或者由于它們之間的金屬連接。“然后，能夠在很短的時(shí)間內(nèi)非常有選擇地釋放能量。溫度在這些點(diǎn)上升得非常高，并且電池可以以超過(guò)有機(jī)電解質(zhì)的著火溫度的方式加熱，“Figgemeier描述了該過(guò)程。“當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，它確實(shí)會(huì)發(fā)生變化，因?yàn)殡娊赓|(zhì)會(huì)大量降解，從而釋放更多的能量，并且還會(huì)從陰極提供氧氣，從而在內(nèi)部釋放氧氣。
對(duì)磷酸鐵鋰材料廠而言，最大困境在于客車市場(chǎng)銷售增速放緩，而儲(chǔ)能領(lǐng)域難以短期上量。同時(shí)，受制于磷酸鐵鋰電池本身能量密度的短板，無(wú)法抓住乘用車這一高速增長(zhǎng)的市場(chǎng)。
真鋰研究的數(shù)據(jù)顯示，2018年前三季度，在29.5GWh的動(dòng)力電池總裝機(jī)量中，EV乘用車市場(chǎng)前3季度累計(jì)裝機(jī)16.1GWh，占比達(dá)54.4％，排名第一。單看今年9月的數(shù)據(jù)，電動(dòng)乘用車實(shí)現(xiàn)裝機(jī)3.31GWh，比去年的總和還多，同比增長(zhǎng)高達(dá)165.6％。
“以前是得電動(dòng)客車者得天下，現(xiàn)在是得電動(dòng)乘用車者得天下。”墨柯說(shuō)。
今年前三季度，在電動(dòng)乘用車16.06GWh的總裝機(jī)量中，13.98GWh采用三元電池，占比約為87％；而磷酸鐵鋰電池占比僅12％。“還有少數(shù)乘用車在用磷酸鐵鋰電池。比如，不追求高續(xù)航、用于城市通勤的乘用車，或者低速車。”天風(fēng)證券分析師楊藻指出。
磷酸鐵鋰電池和三元電池能量密度差距有多大？“目前磷酸鐵鋰單體電芯能量密度約在140-150Wh/kg，電池系統(tǒng)能量密度約為110－120Wh/kg。而常見(jiàn)的三元電池單體電芯為200Wh/kg，系統(tǒng)能量密度約在140Wh/kg。”羅煥塔告訴中國(guó)證券報(bào)記者。
為何高能量密度成為電池廠、車企競(jìng)逐的目標(biāo)？一方面受補(bǔ)貼政策引導(dǎo)。根據(jù)2018年6月實(shí)施的補(bǔ)貼新政，電池系統(tǒng)能量密度補(bǔ)貼門檻由2017年的90Wh/kg提升105Wh/kg，105（含）-120Wh/kg的車型按0.6倍補(bǔ)貼，120（含）-140Wh/kg的車型按1倍補(bǔ)貼，140（含）-160Wh/kg的車型按1.1倍補(bǔ)貼，160Wh/kg及以上的車型按1.2倍補(bǔ)貼。換言之，搭載磷酸鐵鋰電池的乘用車只能拿到0.6倍或1倍的補(bǔ)貼，而三元電池一般而言至少能拿到1倍以上補(bǔ)貼。
另一方面，對(duì)于乘用車而言，系統(tǒng)能量密度高低至關(guān)重要。電池的能量密度指的是電池平均單位體積或質(zhì)量所釋放出的電能，會(huì)影響到車輛的續(xù)航里程。“舉個(gè)例子，200公斤電池包，如果能量密度是140Wh/kg，200KG可以裝28度電。如果能量密度是120Wh/kg，200KG可以裝24度電。這對(duì)乘用車而言很要命，因?yàn)槌擞密噧?nèi)部空間有限，整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中只有200公斤左右的重量留給電池包，裝28度電當(dāng)然比24度電跑得更遠(yuǎn)。”墨柯告訴記者。
頭部磷酸鐵鋰電池廠正在努力補(bǔ)足這一短板。比亞迪相關(guān)人士向中國(guó)證券報(bào)記者透露，目前公司磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)層面能量密度最高可以做到140wh/kg。
國(guó)軒高科今年9月接受機(jī)構(gòu)調(diào)研時(shí)表示，已完成了磷酸鐵鋰單體能量密度由170Wh/kg向180Wh/kg產(chǎn)線升級(jí)改造。接近三元523的性能指標(biāo)，且能滿足新能源汽車300公里以上的續(xù)航里程。同時(shí)計(jì)劃2019年將磷酸鐵鋰單體電芯能量密度最高提升至接近200Wh/kg。
頭部企業(yè)尤其是早期技術(shù)路線偏向磷酸鐵鋰的企業(yè)多在進(jìn)行兩手準(zhǔn)備，提升磷酸鐵鋰技術(shù)路線的同時(shí)，蓄力發(fā)展三元電池。
上述比亞迪相關(guān)人士指出，目前比亞迪商用車和E6仍然在使用磷酸鐵鋰電池，乘用車今年已經(jīng)全部換裝三元電池。2018年，比亞迪在青海新增了24GWh的三元電池產(chǎn)能，加上截至2017年底16Gwh的總產(chǎn)能（其中6Gwh是三元電池，10Gwh是磷酸鐵鋰電池），預(yù)計(jì)2019年年底動(dòng)力電池總產(chǎn)能達(dá)40Gwh。
國(guó)軒高科表示，正全力推進(jìn)三元電池開(kāi)發(fā)及投產(chǎn)，已完成原有兩條111產(chǎn)線升級(jí)為三元622產(chǎn)線的改造，并已穩(wěn)定、批量向客戶供貨。同時(shí)新建的4GWH升級(jí)版三元產(chǎn)線，已經(jīng)完成一條產(chǎn)線的打通，預(yù)計(jì)四季度供貨。
“以前走磷酸鐵鋰路線的中小電池廠要轉(zhuǎn)換三元路線就沒(méi)那么容易。一來(lái)原來(lái)上游供應(yīng)商的關(guān)系都在磷酸電池體系上，要重新建立三元體系比較困難；二來(lái)還要與現(xiàn)有電池廠在客戶資源上展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)。”墨柯指出。
能否收復(fù)失地
磷酸鐵鋰能否收復(fù)乘用車市場(chǎng)失地，首要問(wèn)題是提高磷酸鐵鋰能量密度會(huì)否引發(fā)安全問(wèn)題。
“雖然能將磷酸鐵鋰單體電芯能量密度做到180Wh/kg以上，但多數(shù)還處于小試或者中試階段，未大批量上市，還需要進(jìn)一步驗(yàn)證產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。”羅煥塔指出。
墨柯強(qiáng)調(diào)，磷酸鐵鋰極致追逐能量密度或引發(fā)安全問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，單體電芯單位空間聚集的能量越多，瞬間爆發(fā)出來(lái)的危害性越大，安全性越低。由于磷酸鐵鋰電池能量密度普遍低于三元電池，安全性相對(duì)高一些。
“與三元電池通過(guò)提高單體電芯提升能量密度不同，磷酸鐵鋰電池提高能量密度的方式主要是提高電池整體成組效率。”墨柯強(qiáng)調(diào)，這里面潛藏危險(xiǎn)。電池成組效率越高，意味著其中安全部件減少。一般來(lái)說(shuō)，磷酸鐵鋰電池成組效率80％屬于正常水平，現(xiàn)在有些廠家已經(jīng)做到90％以上。
另一個(gè)爭(zhēng)議的焦點(diǎn)是補(bǔ)貼政策退出后，磷酸鐵鋰會(huì)否因?yàn)閮r(jià)格優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)逆襲？
國(guó)軒高科接受機(jī)構(gòu)調(diào)研時(shí)表示，隨著補(bǔ)貼退坡，磷酸鐵鋰的低成本、長(zhǎng)壽命、高安全性等優(yōu)勢(shì)在乘用車領(lǐng)域?qū)⒅饾u突顯。
今年8月26日，比亞迪董事長(zhǎng)王傳福接受中國(guó)證券報(bào)記者關(guān)于“怎么看待磷酸鐵鋰電池和三元電池的技術(shù)路線之爭(zhēng)”的提問(wèn)時(shí)表示，兩種電池都很重要，未來(lái)將根據(jù)不同的情況進(jìn)行應(yīng)用。
“比如，商用車、大巴、卡車更多采用磷酸鐵鋰電池，轎車、乘用車使用三元電池更多一些。如果三元電池原料價(jià)格持續(xù)上漲，一些低端乘用車、對(duì)價(jià)格很敏感的車輛可能重新采用磷酸鐵鋰電池。成本上漲不利于三元電池發(fā)展。未來(lái)電池路線由成本、技術(shù)多方面平衡后形成的市場(chǎng)決定。”
楊藻認(rèn)為，即使補(bǔ)貼退出，乘用車追求高能量密度總體趨勢(shì)還是不會(huì)改變。“這是市場(chǎng)決定的。一方面消費(fèi)者對(duì)續(xù)航能力有要求；另一方面能量密度越高，車輛裝載的電池越少?，F(xiàn)在很多整車裝了電池后，車內(nèi)空間大大減小，導(dǎo)致后備箱空間縮減或者后排座椅突出。”
