三元電池安全性的紛爭，能否成就磷酸鐵鋰電池的逆襲？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-03-29 09:48
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國內(nèi)新能源汽車自燃事件頻發(fā)，業(yè)內(nèi)對于動力電池的安全性產(chǎn)生了諸多爭議。也讓穩(wěn)定性更高的磷酸鐵鋰電池重回大眾的視野，不過短暫的回暖不代表真正的逆襲，對于新能源乘用車來說，動力電池的能量密度還是重中之重。
新能源汽車，動力電池，鋰電池,動力電池圖片來自“123rf.com.cn”
據(jù)不完全統(tǒng)計，2018年國內(nèi)發(fā)生的新能源汽車起火事故已超過30起。安全事故頻發(fā)使得整個新能源汽車行業(yè)開始關(guān)注自燃背后的技術(shù)問題，眾多調(diào)查都將事故的起因指向了動力電池。
對此有專家表示，這是行業(yè)近期片面追求能量密度的結(jié)果。因為電池在充放電時，不當(dāng)?shù)牟僮骰蛘唠娏鬟^大等都會導(dǎo)致電池溫度過高，若遇上劇烈碰撞，電芯內(nèi)部會出現(xiàn)短路現(xiàn)象，極易引發(fā)電池的自燃。這時，能量密度不高但安全性卻讓人放心的磷酸鐵鋰電池，再次收獲了關(guān)注。
在我國新能源汽車的發(fā)展之初，磷酸鐵鋰電池占據(jù)著動力電池的主技術(shù)路線。數(shù)據(jù)顯示，2015年磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池的裝機量占比大約為7:3，2016年這個數(shù)據(jù)變?yōu)?:4，雖然2017年客車補貼退坡，電動客車產(chǎn)銷量下降，但兩者仍基本持平。而隨著國內(nèi)新能源汽車對續(xù)時里程的要求逐漸增加，使得能量密度更大的三元鋰電池迅速趕超磷酸鐵鋰電池的市場占比，進入2018年后，僅半年時間，三元鋰電池就完成了反超。
受能量密度的制約，磷酸鐵鋰電池市場需求低迷
近兩年來，新能源汽車市場的主要增量來自于乘用車市場，根據(jù)新能源汽車補貼新政要求，汽車補貼將與續(xù)時里程及能量密度掛鉤。補貼政策的導(dǎo)向和乘用車裝機電池對于能量密度的高要求，使得磷酸鐵鋰電池市場占比下滑，裝機量萎縮。但一些不追求高續(xù)航的細分車型還是會選擇性的使用磷酸鐵鋰電池，比如說用于城際通勤的乘用車。
數(shù)據(jù)顯示，今年前三季度，我國電動乘用車總裝機量為16.06GWh，其中三元鋰電池占比87%，為13.98GWh；磷酸鐵鋰電池占比12%，為1.92GWh。
四個月前，三元鋰仍占據(jù)著動力電池市場的絕對優(yōu)勢。數(shù)據(jù)顯示，我國新能源汽車市場動力電池7月裝機量為3.34Gwh，同比增長29.01%。其中三元鋰電池裝機量為2.35Gwh，占比達70.26%；磷酸鐵鋰電池裝機量為0.93Gwh，占比為27.81%。
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，為什么會如此備受關(guān)注呢？原因大致有兩個：
一是錢；按照今年6月補貼新政的要求，新能源汽車電池系統(tǒng)能量密度的補貼門檻為105Wh/Kg，其中105（含）-120Wh/kg的車型按0.6倍補貼，120（含）-140Wh/kg的車型按1倍補貼，140（含）-160Wh/kg的車型按1.1倍補貼，160Wh/kg及以上的車型按1.2倍補貼。
二是續(xù)時里程；對于電動汽車、尤其是乘用車來說，電量的多少決定著車輛續(xù)時里程的長短，而電池的能量密度則直接影響著電池包的電量，可以說是續(xù)時里程的直接決定因素了。
常見的三元鋰電池單體電芯為200Wh/kg，電池系統(tǒng)能量密度約在140Wh/kg；而此前磷酸鐵鋰電池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。就是這種差距，使得磷酸鐵鋰電池的市場需求迅速低迷，裝機量下降，也使得磷酸鐵鋰材料產(chǎn)能嚴重過剩、價格不斷下跌。今年年初磷酸鐵鋰材料的主流價格為9萬-9.5萬元/噸，目前這個數(shù)字為6萬-7萬元/噸左右，下降了約30%。
補貼新政實施，磷酸鐵鋰市場占比和裝機量穩(wěn)步提升
不過“三元獨霸一方，鐵鋰日漸式微”的狀況并沒有維持太久，今年7、8兩個月，磷酸鐵鋰電池裝機量逐漸提升，尤其是在乘用車領(lǐng)域。公開數(shù)據(jù)顯示，8月份我國動力電池產(chǎn)量共6.69GWh，其中三元電池產(chǎn)量3.78GWh，占產(chǎn)量總比56.51%，磷酸鐵鋰電池產(chǎn)量2.83GWh，占產(chǎn)量總比42.35%，兩者均占據(jù)絕對主體地位。從今年前8個月的電池市場發(fā)展情況來看，補貼新政實施后，磷酸鐵鋰電池在新能源乘用車和專用車的搭載比重皆有所增加。
9月份數(shù)據(jù)變化更加明顯，當(dāng)月我國新能源汽車動力電池裝機量高達6.01GWh，同比增長66.32%。其中三元鋰電池占比59.8%，為3.59GWh；磷酸鐵鋰電池占比39.2%，為2.35GWh。
一系列的回暖跡象使得磷酸鐵鋰重獲追捧，除了技術(shù)路線擴大之外，儲能市場的發(fā)展也是帶動磷酸鐵鋰增長的重要因素。
在技術(shù)路線方面，越來越多的增程式電動汽車開始采用磷酸鐵鋰電池，不但能提高車輛的安全性，還可以降低整車制造的成本，助力增程式電動汽車擴大在新能源汽車市場的份額。舉例來說，電池容量為25Ah、電壓為48V的動力電池，磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池的最低市場報價一般為1020元和1210元。
在儲能市場方面，得益于一些動力電池企業(yè)開始布局儲能業(yè)務(wù)，磷酸鐵鋰的市場需求開始擴增。據(jù)國際市場研究機構(gòu)GTM Research的儲能報告顯示，2018年鋰離子電池價格下降幅度變緩，中國的電網(wǎng)側(cè)儲能項目的應(yīng)用卻使磷酸鐵鋰電池用量持續(xù)增加。
另一方面，隨著技術(shù)的不斷提升，目前部分磷酸鐵鋰電池能量密度已達到三元NCM523的水平(主流的NCM523電池能量密度為160-200Wh/kg)，已基本達到補貼最高要求。且相較于三元鋰電池，磷酸鐵鋰電池在穩(wěn)定性方面更具優(yōu)勢。
最后是補貼的大幅下滑，磷酸鐵鋰之所以在原材料的供應(yīng)和價格方面具有低風(fēng)險性，是因為不需要用到鈷等貴重金屬，這將有助于電池生產(chǎn)企業(yè)在一定程度上減少成本壓力。
能否回暖的決定因素是“市場的選擇”
隨著磷酸鐵鋰的回暖跡象愈發(fā)明顯，業(yè)內(nèi)對此也諸多爭議。爭論的焦點之一是安全問題。一般情況下，單體電芯單位空間聚集的能量越多，瞬間爆發(fā)出來的危害性越大，安全性越低。所以能量密度較低的磷酸鐵鋰電池的安全性相對于三元鋰電池略高一些。
從技術(shù)方面來講，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。而成組效率越高，電池內(nèi)安全部件越少。
但根據(jù)政策的規(guī)劃，2020年國內(nèi)鋰離子動力電池單體能量密度要達到300Wh/kg，爭取達到350Wh/kg。隨著鎳含量的提升，對電池模組的抗振、抗沖擊、抗膨脹、絕緣隔熱等性能也提出了更高的要求。雖然目前磷酸鐵鋰電池單體電芯能量密度能做到180Wh/kg，但僅處于試驗階段，產(chǎn)品的穩(wěn)定性還需要進一步的實驗和驗證，離批量上市還有很長的一段路要走。
不過，汽車市場體量大且應(yīng)用場景多樣化，商用車、卡車等更多的會采用磷酸鐵鋰電池，乘用車、轎車會偏向于三元鋰電池。未來電池市場的發(fā)展的將由技術(shù)路線、價格機制等多維度的市場選擇來決定。
鈦酸鋰電池和磷酸鐵鋰電池包哪個好?就動力電池而言，目前，三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池包以及鈦酸鋰電池在電動車領(lǐng)域都有應(yīng)用。磷酸鐵鋰電池，由于安全性能穩(wěn)定、高溫性能好、重量輕等優(yōu)勢，越來越多的活躍在電動客車市場。那么，鈦酸鋰電池和磷酸鐵鋰電池包哪個好?本文存能電氣小編整理了一些資料供大家閱讀。
鈦酸鋰電池和磷酸鐵鋰電池包的對比：
鈦酸鋰電池：
鈦酸鋰電池是一種用作鋰離子電池負極材料-鈦酸鋰，可與錳酸鋰、三元材料或磷酸鐵鋰等正極材料組成2.4V或1.9V的鋰離子二次電池。此外，它還可以用作正極，與金屬鋰或鋰合金負極組成1.5V的鋰二次電池。普通的鈦酸鋰電池容易發(fā)生脹氣，導(dǎo)致電芯鼓包，電性能也會大幅下降，極大地降低了鈦酸鋰電池的理論循環(huán)壽命。
鈦酸鋰電池優(yōu)點：
1、安全穩(wěn)定性好
鈦酸鋰的電勢比純金屬鋰的電勢高，不易產(chǎn)生鋰晶枝，放電電壓平穩(wěn)，而且，因此提高了鋰電池的安全性能。鈦酸鋰電池進行測試發(fā)現(xiàn)，在針刺、擠壓、短路等嚴苛測試下，不冒煙、不起火、不爆炸，安全性遠高于其他鋰電池。
2、快充性能優(yōu)異
與碳負極材料相比，鈦酸鋰電池具有較高的鋰離子擴散系數(shù)，可高倍率充放電。在大大縮短充電時間的同時，對循環(huán)壽命的影響較小，熱穩(wěn)定性也較強。鈦酸鋰電池十分鐘左右即可充滿。
3、循環(huán)壽命長
鈦酸鋰電池完全充放電循環(huán)次數(shù)可達3萬次以上，在作為動力電池使用10年之后，可能還能作為儲能電池再用20年。用戶在實際使用中不用更換電池，幾乎不增加后期成本。
4、耐寬溫性能良好
一般電動汽車在零下10℃時充放電就會出現(xiàn)問題，鈦酸鋰電池耐寬溫性能良好，耐用性強，在零下50℃到零上60℃均可正常充放電，無論是在冰封的北國，還是在炎熱的南方，車輛都不會因電池“休克”而影響工作，消除了用戶的后顧之憂。
綜上鈦酸鋰電池的優(yōu)勢，能大幅節(jié)省充電站場地建設(shè)和人員配置成本等，更適合在公交領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。
鈦酸鋰電池缺點：
鈦酸鋰電池負極采用鈦酸鋰，相比負極用石墨的主流鋰電池，市場份額十分小眾。
能量密度低，成本高。特別是能量密度低是因為負極材料鈦酸鋰的原理性能決定，很難有大的突破空間。
至于鈦酸鋰電池宣稱的使用壽命長，更難被認證。電池壽命還受到正極材料、電解液、隔膜、使用溫度等綜合影響。
磷酸鐵鋰電池包：
磷酸鐵鋰電池包是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。其特色是不含鈷等貴重元素，原料價格低且磷、鐵存在于地球的資源含量豐富，不會有供料問題。其工作電壓適中（3.2V）、單位重量下電容量大（170mAh/g）、高放電功率、可快速充電且循環(huán)壽命長，在高溫與高熱環(huán)境下的穩(wěn)定性高。
磷酸鐵鋰電池包優(yōu)點：
體積小，重量輕，鋰電池包的體積是鉛酸蓄電池體積的2/3,重量輕，只有鉛酸蓄電池的1/3～1/4。
循環(huán)壽命長，磷酸鐵鋰電池包循環(huán)壽命有1200～2000次，但傳統(tǒng)鉛酸電池卻只有500～900次。
充放電特性好，鋰電池包充放電電能轉(zhuǎn)換效率可大于97%，鉛酸蓄電池充放電電能量轉(zhuǎn)換效率約為80%左右。
安全環(huán)保，磷酸鐵鋰材料不含任何重金屬與稀有金屬，無毒，無論在生產(chǎn)及使用中均無污染，符合歐洲RoHS規(guī)定，為綠色環(huán)保電池鋰電池。在穿刺、擠壓、過充、短路等實驗中，不爆炸、不起火。
無記憶效應(yīng)，電池可以隨時充放電。
工作溫度范圍寬廣，磷酸鐵鋰電池包熱峰值可達350℃-500℃，而鉛酸電池只在200℃左右。
磷酸鐵鋰電池包缺點：
磷酸鐵鋰電池存在一些性能上的缺陷，如振實密度與壓實密度很低，導(dǎo)致鋰離子電池的能量密度較低；材料的制備成本與電池的制造成本較高，電池成品率低，一致性差；產(chǎn)品一致性差；知識產(chǎn)權(quán)問題。
鈦酸鋰電池和磷酸鐵鋰電池包哪個好?
在純電動汽車領(lǐng)域，電池多為磷酸鐵鋰電池包或者三元鋰電池，而近來格力欲收購的銀隆客車，其核心競爭力則是另辟蹊徑的鈦酸鋰電池。國內(nèi)汽車廠商應(yīng)用比較多的還是三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池包。鈦酸鋰電池目前還未規(guī)?；?。并且鈦酸鋰電池價格高（生產(chǎn)成本高，濕度控制要求高），每瓦時9元左右，與磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池每瓦時2元左右的差距也是很大的。
鈦酸鋰電池未來市場空間將十分有限。鈦酸鋰電池做的企業(yè)少，將導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)整體研發(fā)投入少，從目前電池企業(yè)研發(fā)投入及規(guī)劃投入看，也很少企業(yè)會重點發(fā)展鈦酸鋰電池。未來，磷酸鐵鋰電池包技術(shù)進步速度將超過鈦酸鋰電池。一般來說，電動車最好是用磷酸鐵鋰電池包，安全第一。
總結(jié)：鈦酸鋰電池和磷酸鐵鋰電池包這是兩種不同的鋰電池，所使用的材料有所不同，特性也不一樣，各有優(yōu)缺點。小編認為磷酸鐵鋰電池的更好些，都說是聚合物鋰電池不爆炸，但前短時間也出現(xiàn)過事故的，反而這個磷酸鐵鋰的市場周期長些，更穩(wěn)定性些。
