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【深度】鋰電池是人類的未來,但誰又是鋰電池的未來?

2017-10-31 05:28 性質(zhì):轉(zhuǎn)載 作者:阿爾法工場 來源:阿爾法工場
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  尤其是當(dāng)鋰電池必不可少的碳酸鋰價格從去年4萬元飆漲到當(dāng)前的15萬元后,碳酸鋰材料消耗量更大的鐵鋰電池的成本問題就凸現(xiàn)出來,根據(jù)國軒高科董事長李縝的數(shù)據(jù),當(dāng)前國軒高科三元電池的成本反倒比鐵鋰電池低10~15%。

  現(xiàn)在三元電池走向了高鋁高鎳、低鈷的技術(shù)路線,對昂貴的稀有金屬消耗量降低。

  去年全球鈷產(chǎn)量9.8萬噸,其中40%用于鋰電池,消耗量并不算非常大。而且鈷資源依然處于供過于求的狀態(tài),當(dāng)前20萬/噸的價格處于歷史上的低位。

  去年鋰電池產(chǎn)業(yè)的火爆也沒有帶動鈷資源的飆漲,多種因素導(dǎo)致當(dāng)前鐵鋰電池的成本要高于三元電池。

  但我們要以動態(tài)的眼光看待二者的成本對比,要認(rèn)識到,在碳酸鋰價格大漲之前,磷酸鐵鋰的成本是略低于三元電池的。

  反過來思考,如果明年“鈷”資源供不應(yīng)求,也出現(xiàn)類似于碳酸鋰一樣的4倍甚至5倍的飆漲,那么三元電池的成本也就水漲船高。

  總之,兩種技術(shù)路線的成本不分伯仲,具體到某一時間點(diǎn),和上游原材料價格有很大關(guān)系。

  長期來看,我認(rèn)為碳酸鋰15萬/噸的價格不具有可持續(xù)性,因?yàn)殇嚥⒉皇窍∪辟Y源,國內(nèi)天齊鋰業(yè)、贛鋒鋰業(yè)等眾多廠家碳酸鋰每噸生產(chǎn)成本約為2.9萬~3.5萬元之間,而鹽湖股份的子公司藍(lán)科鋰業(yè)更是宣稱成本只有1.9萬元/噸。

  當(dāng)前碳酸鋰行業(yè),可謂是暴利行業(yè),3萬元的成本,15萬元的價格,整整翻了5倍。

  巨大的利潤誘惑自然便是瘋狂的擴(kuò)產(chǎn),全產(chǎn)業(yè)鏈上的公司都在成倍的擴(kuò)充產(chǎn)能,藍(lán)科鋰業(yè)更是成數(shù)十倍的擴(kuò)充產(chǎn)能,雖然需求也會繼續(xù)跟著增長,但產(chǎn)能的擴(kuò)張更瘋狂。

  當(dāng)不久的將來,上游原材料的價格發(fā)生變動,碳酸鋰和三元的成本孰高孰低還未可知。

這一項(xiàng),二者平手。

5、充電倍率
 
  先說結(jié)論吧,在充電倍率方面磷酸鐵鋰大幅度的領(lǐng)先。

  其實(shí)前年在闡述電池壽命的時候就已經(jīng)能得出結(jié)論:磷酸鐵鋰電池在高充電倍率下,壽命明顯好于三元電池。

  美國a123公司(現(xiàn)在為萬向子公司)甚至在實(shí)驗(yàn)室里做出了25C倍率充電的磷酸鐵鋰電池(25C倍率充電意味著60÷25=2.4分鐘把電池充滿)。

  充放電倍率方面,鐵鋰大幅度勝出。

6、電池單體一致性

  使用鎳鈷鋁三元的特斯拉model s的電池組中有7000節(jié)小電池串聯(lián)、并聯(lián)在一起,如果電池的一致性存在問題,那么后果就是災(zāi)難性的,因?yàn)榇?lián)電池有一個木桶原理,性能最差的那一個電池影響電池組整體性能。
 
  但使用磷酸鐵鋰的2014款秦混動車卻出現(xiàn)了讓人焦頭爛額的問題,標(biāo)定13kwh的電池,使用一年多以后很多車主就在反映只能充進(jìn)去8kwh的電量,衰減厲害。

  前面我不是說磷酸鐵鋰壽命更長嗎?怎么會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象,這其實(shí)就是電池單體一致性的問題。

  其實(shí)比亞迪2014款"秦"電動車所使用的電池,單個拿出來絕大部分可能沒有什么問題,電池返廠均衡后也能恢復(fù)原先的性能,但唯獨(dú)電池成組后就出問題了。

  其實(shí)電池一致性問題并不是沒有辦法,辦法主要有兩個,一個是升級工藝,提升工廠自動化水平以及控制精度。

  另外一個就是做大單體電池容量,2014秦使用的是27AH的電池單體,而比亞迪K9則使用270ah單體容量的電池單體,相比于秦,K9的問題就少很多甚至不存在電池一致性問題。

  最后就是改進(jìn)電池管理系統(tǒng)(BMS),這一方面我們也確實(shí)落后于歐美日。

  相比于2014款秦,2015年推出的秦由于使用了全新的電池管理系統(tǒng),在每一個小節(jié)的電池上都加裝了控制器方便更好的操控并且額外多出8節(jié)電池(就是說實(shí)際容量大于標(biāo)稱)。

  電池一致性的問題已經(jīng)解決很多,但無論如何,在一致性方面,磷酸鐵鋰落后于三元電池。這一局:三元勝。

7、低溫性能

  這一項(xiàng)結(jié)論很清晰:磷酸鐵鋰低溫性能差,三元更優(yōu)。

  冬天里,電動車的續(xù)航里程都要變短,但磷酸鐵鋰電池問題更嚴(yán)重一些。但到底縮減多少呢?

  還是要拿出清晰的數(shù)據(jù)來說話,就以新款400公里續(xù)航的比亞迪e6為例,進(jìn)入冬天后車主紛紛反映續(xù)航只能做到原先的60%,也就是240公里。

  但這不能全怪罪于電池,根據(jù)熱脹冷縮的簡單原理,我們就知道進(jìn)入冬天后,汽車的胎壓會降低,而胎壓低則是導(dǎo)致續(xù)航縮短的重要原因,當(dāng)車主注意胎壓以及腳法后,續(xù)航可以恢復(fù)到標(biāo)稱的70%~75%,達(dá)到近300公里的續(xù)航,比標(biāo)稱的400公里少100公里。

  問題是這100公里的續(xù)航哪里去了呢?答案在于空調(diào)。

  傳統(tǒng)燃油車能量轉(zhuǎn)換效率只有不到30%,剩余70%的能量以廢熱的形式散發(fā),進(jìn)入冬天以后,汽車打開暖風(fēng)并不需要額外消耗汽油,只需要把發(fā)動機(jī)散發(fā)出的廢熱吹送到駕駛室即可。

  但電動車電機(jī)能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了90%,并沒有額外的廢熱,如果冬天要開空調(diào),就只能額外消耗電池里的能量。所以續(xù)航里程的縮減并不能完全怪罪于磷酸鐵鋰的低溫性能差。

  使用三元電池的北汽ev200在冬天里一樣明顯縮減,而且由于電池整體容量更低,本來續(xù)航只有200公里,打七折之后更只剩下140公里了,司機(jī)們叫苦不迭。

  針對冬天,磷酸鐵鋰電池也有很多應(yīng)對辦法,例如材料納米化以及碳包覆,還有一個更簡單有效的辦法,就是給電池組安裝加熱裝置。

  綜合來看,低溫對磷酸鐵鋰電池組對整體性能的影響<10%。另外,由于三元電池也或多或少要收到低溫的影響,所以兩者在低溫下的性能實(shí)際差別其實(shí)就更小了。

  但無論如何,低溫性能成為磷酸鐵鋰的一個短板,這一局三元勝!

  以上7個方面的分析,幾乎覆蓋了動力電池新能指標(biāo)的各個方面,在七場對決中,三元和鐵鋰慘烈廝殺,痛苦角逐,互有勝負(fù),也有平手。

  那么這7場對決后,我這個裁判能給出最終的結(jié)論嗎?或是你們這些讀者、觀眾更給出自己內(nèi)心的判斷嗎?到底誰才是當(dāng)之無愧的冠軍?

  作為裁判的我,通過這么多分析論述后,只能遺憾地告訴大家,我無法下一個誰更優(yōu)的結(jié)論,所以本場打擂沒有冠軍或者都是冠軍。

決議

  聽到這個結(jié)果有些人可能要生氣了,洋洋灑灑7000字,浪費(fèi)大家這么多時間和感情,讀到這里竟然只得到了平局結(jié)論,我這豈不是欠揍?!且慢,我們接著看下去。

  雖然我不能給出一個簡單的結(jié)論,直接說出誰優(yōu)誰劣,但是結(jié)合具體應(yīng)用環(huán)境,就會有清晰的答案,因?yàn)橐恍┚唧w的應(yīng)用環(huán)境,會彰顯某一方面的有點(diǎn),遮蔽某些方面的劣勢。

1、儲能應(yīng)用情境

  這還用說嗎!這個應(yīng)用情景磷酸鐵鋰獲得壓倒性的勝利。

  儲能電站動輒上數(shù)千千瓦甚至數(shù)萬千瓦的電池堆放在一塊,如果使用三元電池,等同于把成噸的炸彈堆放在一起。

  磷酸鐵鋰的長壽命也符合儲能的應(yīng)用需求,儲能電站往往會在偏郊建設(shè),土地以及空間不成問題,遮蔽了磷酸鐵鋰能量密度低的劣勢。

  尤其作為電網(wǎng)調(diào)頻的儲能電站,經(jīng)常需要大倍率的充放,鐵鋰的充電倍率也滿足這一需求。在儲能應(yīng)用的場景下,磷酸鐵鋰的劣勢不再是劣勢,優(yōu)勢卻又十分突出。

  所以,當(dāng)我們考慮這一應(yīng)用場景,磷酸鐵鋰是無可辯駁的冠軍。

2、無人機(jī)電池

  這還用說嗎,你見過使用鐵鋰電池的無人機(jī)嗎?

  毫無疑問,這又是另一個應(yīng)用場景的極端,這個領(lǐng)域,三元鋰電池占據(jù)著100%的市場份額。

  能量密度的天生劣勢這一點(diǎn),就判定了鐵鋰電池永遠(yuǎn)不可能應(yīng)用于無人機(jī)。

  無人機(jī)鋰電池領(lǐng)域,三元電池完勝。

3、電動大巴以及電動商用車

  這些車自重大、空間大,對重量敏感度低,公交車、大巴車由于乘客眾多,對安全性要求高;

  這些車運(yùn)營時間長,對電池壽命要求高,這些特點(diǎn)都恰好發(fā)揮了磷酸鐵鋰的優(yōu)勢,遮蔽了磷酸鐵鋰的劣勢;

  所以磷酸鐵鋰技術(shù)領(lǐng)先的比亞迪率先敢把純電動車應(yīng)用于公交車以及電動叉車、電動卡車等。就是憑著對鐵鋰電池安全、高充放倍率、長壽命的自信。

  前段時間,國家暫停了三元電池大巴車的目錄申報,其實(shí)這在某種程度上宣告了三元電池在這一領(lǐng)域沒有應(yīng)用未來,電動公交大巴以及商用車領(lǐng)域,磷酸鐵鋰完勝。

4、插電式混合動力車

  這個領(lǐng)域的爭議其實(shí)也很小,雖然現(xiàn)在的插電車都以磷酸鐵鋰為主,但比亞迪自己卻準(zhǔn)備開始拋棄這一技術(shù)路線了。

  從秦唐100開始,比亞迪的插電式混合動力車將全面轉(zhuǎn)向鎳鈷錳三元電池,我認(rèn)為這種轉(zhuǎn)變背后最核心的原因就在于磷酸鐵鋰小單體電池一致性問題。

這個領(lǐng)域,三元勝。

5、純電動乘用車

  這又是一個膠著的戰(zhàn)場。首先純電動乘用車使用的磷酸鐵鋰是大單體,每個單體容量高達(dá)0.82千瓦時,比在插電混合動力車?yán)锩媸褂玫膯误w大十倍。

  以秦ev300為例,整臺車僅僅只有58塊電池,這比起model s的7000節(jié)電池,真是個零頭。

  由于電池單體少,給每一個單體上安裝一個控制單元從成本角度也劃得來,進(jìn)而最大程度地解決一致性問題,再之,大單體電池的一致性問題也不是那么突出。

  但這并不意味著磷酸鐵鋰在純電動乘用車領(lǐng)域獲勝,情況遠(yuǎn)比這個復(fù)雜。

  由于磷酸鐵鋰密度低,同等容量下重量更大,這就導(dǎo)致使用磷酸鐵鋰電池的純電動車自重大,能耗高。比起北汽ev200百公里電耗14kwh,比亞迪e5百公里電耗要高一些在16kwh左右。

  除此之外,乘用車日均行駛里程為46公里,比起公交車日均230公里,出租車日均400公里的行駛里程短太多,這就使得磷酸鐵鋰長壽命的特性發(fā)揮不出來,而三元電池壽命先對較短的劣勢也不那么致命;

  再就是安全性,私人乘用車對安全性要求不如公交車那么嚴(yán)苛,但這也并不是說可以對安全性不管不顧,特斯拉model s的三元電池組之所以重達(dá)900kg,就是因?yàn)樾枰~外的保護(hù)裝置保護(hù)電池組。

  總之,在純電動乘用車,兩種電池路線又是一種膠著的狀態(tài)。

  由于百公里平均電耗大家日常都能感受到,降低能耗又是國家的要求和方向,所以,兩種技術(shù)路線可能長期在純電動領(lǐng)域長期并存,三元略占優(yōu)。

  總結(jié)以上五大應(yīng)用場景,我們可以知道鐵鋰電池和三元電池在各自特定領(lǐng)域有著不同的優(yōu)勢:鐵鋰適合用儲能和商用車;三元適合于插電混動車、乘用車、無人機(jī)等領(lǐng)域。

  由于我國新能源車率先在商用車領(lǐng)域爆發(fā),前些年使用鐵鋰電池更多一些;隨著電動車革命的深入,乘用車銷量的爆發(fā),三元電池的占比會逐步提高。

  但無論如何兩者將長期共存,國內(nèi)領(lǐng)先的電池企業(yè)也必將選擇兩條腿走路(同時生產(chǎn)三元電池和鐵鋰電池)的戰(zhàn)略。

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