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磷酸铁新能源材料(磷酸铁新能源材料)
锦曾
2024-02-22
【科普】
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摘要[db:Intro]
还记得国内新能源市场刚兴起的时候,行业内充斥着大量使用磷酸铁锂电池的纯电动车。近些年来,伴随着新能源市场的不断升级与变革,曾经代表着“低端”的磷酸铁锂电池似乎正逐渐被人们所淡忘,三元锂电池则受到更多车企与消费者的青睐,成为市场上的主流。
然而就在前段时间,国产特斯拉Model 3确认使用磷酸铁锂电池以及比亚迪“刀片电池”的出现,则使得磷酸铁锂电池重新回到消费者的视野之中。那么,使用“低端”的磷酸铁锂电池是否是技术“倒退”?这一技术有哪些优势与劣势?其为何会在当下的时间节点选择“回归”?带着这些问题,湃客今天就和大家一起来聊聊。
在动力电池领域,三元锂与磷酸铁锂算是比较常用的两种锂离子电池。三元锂电池为正极材料使用镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂等三元聚合物的锂离子二次电池,而磷酸铁锂电池则因为正极材料为磷酸铁锂而得名。“三元”中含有一种贵金属——钴,从2017年以来,全球的钴材料价格便持续飙高,三元锂电池的价格也水涨船高。相比之下,磷酸铁锂电池制造起来会更加简单,使用的材料成本也更低,不含有镍、锰、铝、钴这类价格波动较大的金属元素,其制造成本相比三元锂电池低了20%左右。
根据真锂研究的数据显示,截至2019年年底,国内三元锂电池包的单价为1.05元/Wh;磷酸铁锂电池包的单价为0.8元/Wh。特斯拉与宁德时代达成协议后,将在国产Model 3以及未来的多款车型上使用磷酸铁锂电池,这些均可有效地降低成本。相比于现状而言,换装磷酸铁锂电池之后,特斯拉在成本方面至少会降低10%。如此一来,不仅零部件的国产化进程得以加快,而且与之带来的车价降低将助力特斯拉抢占更多的市场份额。
而除了造价便宜外,磷酸铁锂电池还具备稳定性好、安全性高等特点。磷酸铁锂电池正极材料电化学性能比较稳定,在充放电过程中电池结构不会发生变化。从特性上来说,其相比三元锂电池更具安全性,即便在短路、挤压、刺穿等特殊条件下,仍然不易发生爆炸。这点从前段时日,比亚迪“刀片电池”安全性的测试中也可以看出。
据悉,磷酸铁锂电池热失控温度普遍在500℃以上,三元锂电池则低于300℃,一些高镍比例的三元锂电池热失控温度甚至低于200℃。此外,由于不含有重金属和稀有金属,磷酸铁锂电池会相对环保,也更利于回收。所以早年间,在综合成本、技术等因素之后,磷酸铁锂电池会成为新能源汽车的搭载首选。
照这么来看的话,磷酸铁锂电池似乎是“质优价廉”的选择,那为什么“沉寂”许久呢?
在经历“骗补”以及产品品质参差不齐的新能源发展初期阶段后,国家在补贴方面会越来越偏向于长续航里程、电池系统能量密度高的车型;对于普通消费者而言,更长的续航,往往也能带来更为舒心的用车体验。因此,车企的产品就不断朝着“高续航”这个方向靠拢。
但是,能量密度较低以及不易提升续航里程,便是磷酸铁锂电池的最大“劣势“。而三元锂电池则凭借着单体能量密度高、能带来更长的续航里程等特点,逐渐成为业界主流。虽然在采用三元锂电池后,成本会提升不少,但是直观的续航提升、用户里程焦虑的减轻,再加之政策的补贴与扶持,三元锂电池无疑会是更好的选择。此外,再通过材料改性优化、表面包覆以及调整电解液等举措后,安全性也可得到不错的保障。
随着2019年6月底新能源车补贴的“退坡”,成本便成为电动车企业考虑的首要因素之一。补贴的逐渐退坡,再到完全消失,目前看来只不过是时间问题。如此一来,车企为了保持住车型的产品竞争力,对于动力电池的选择、成本以及收益的考量便需要重归“理性”,成本相对较低的磷酸铁锂电池又“回归”到车企与消费者的视野之中。
与此同时,伴随着技术的不断发展,磷酸铁锂电池曾经“续航能力不佳”的劣势也逐渐得到改善。前些年市场上磷酸铁锂电池电芯的能量密度在120-140Wh/kg左右,封包后电池系统的能量密度在90-100Wh/kg左右。反观三元锂电池,特斯拉21700电池的电芯能量密度可达300Wh/kg。而近几年来,比亚迪、力神、国轩等电池厂商量产的磷酸铁锂电池电芯单体能量密度已经可以达到190Wh/kg,并有望达到220Wh/kg。
而近期火热的比亚迪“刀片电池”实际上是一种称为CTP(Cell To Pack)的电池技术,即电芯直接成包。由于电芯采用扁平化处理,多个单体“刀片”电芯通过阵列的方式排布在一起,并且长度可达到2500mm;电芯重组效率得到极大提升,在体积与能量密度上比传统磷酸铁锂电池提升了50%,整车寿命可达百万公里以上。以比亚迪汉EV为例,其电池系统的能量密度达到140Wh/kg,NEDC标准下续航里程可达605km;与一众采用三元锂电池的车型相比,其在续航方面也丝毫不落下风。
走相似路线的还有宁德时代,在2019年年底宁德时代和北汽新能源发布了CTP电池包。宁德时代的CTP技术可以让电池包体积利用率提升15%-20%,生产效率提升50%,电池包零部件数量减少40%,系统能量密度增加10%-15%,最高达到200Wh/kg以上。
与此同时,伴随着新能源市场的日益成熟,除了需要特斯拉Model 3与比亚迪汉EV这类相对“高端”的车型外,续航适中、性价比较高的纯电动代步车也会成为市场的新需求。如此来看,循环寿命长、成本更低的磷酸铁锂电池则比三元锂电池要更适合这类车型。
在看完上述文字后,可能不少人会产生疑问了:是不是伴随着技术发展,磷酸铁锂电池会重新成为市场的“主流”?是否会与三元锂电池形成竞争态势?
虽然目前通过减轻电池包重量以及提升电池包整体能量密度的方法,使得磷酸铁锂电池可与三元锂电池抗衡,但磷酸铁锂电池终究在材料方面有所局限;其电芯单体的能量密度难有跨越式发展,而三元锂电池的能量密度则有较大的突破空间。简而言之,三元锂电池有大幅提升续航的可能,而磷酸铁锂电池则会显得较困难。
此外,磷酸铁锂电池的抗低温性也要比三元锂电池差不少。根据实验表明,在-20℃环境下,磷酸铁锂电池的容量会有近50%的缩水,三元锂电池的容量会缩减到75%。与此同时,磷酸铁锂快速充电的能力也不及三元锂电池。综合而言,磷酸铁锂电池会在中低端产品上逐渐“回归”。但反之,若是追求更多的使用场景(耐寒和快速充电)以及更强的性能表现,三元锂电池在未来仍旧会是相对主流的应用技术。
相信在看完上述文字后,大家都对于磷酸铁锂电池的“回归”有了一定程度的认识。它的回归以及封包技术的提升,均是市场逐渐趋于理性的体现。而伴随着补贴退坡加速与市场竞争的加剧,相信会有更多的新技术出现。诸如燃料电池、全固态电池以及四元锂电池等,都令湃客满怀期待。最后,作为消费者的你,对于磷酸铁锂电池的“回归”有什么想说的呢?欢迎在下方与我们留言互动。
本文来源于汽车之家车家号作者,不代表汽车之家的观点立场。
2022磷酸锰铁锂量产,有哪些上市公司争?
磷酸铁锂电池目前已成为新能源汽车装车的主流电池品类,市场份额约为60%。然而,磷酸铁锂正极能量密度已接近“天花板”。那么今天小编在这里给大家整理一下磷酸锰铁锂的相关知识,我们一起看看吧!
高性价比的电池路线
比磷酸铁锂多个“锰”,就会更猛吗?多名业内专家表示,磷酸锰铁锂可以看成是磷酸铁锂、三元材料两大电池路线优点的“糅合”。
真锂研究创始人、CEO墨柯对记者表示,磷酸锰铁锂电池路线最大的优势在于性价比高。目前,主流的磷酸铁锂和三元材料两大路线各有千秋,而磷酸锰铁锂综合了两者的优势。一方面,它的生产成本较为低廉,安全性高,有较好的耐低温性能;另一方面,其电压平台较高,能量密度可比磷酸铁锂提高15%。
星恒电源电池工程院院长赵成龙表示,磷酸锰铁锂兼具锰酸锂的高电压和磷酸铁锂的高稳定性。若高锰含量、高压实和高容量的磷酸锰铁锂开发成功,将会代替磷酸铁锂。
容百科技方面称,未来磷酸锰铁锂纯用产品将会替代中低镍三元材料,在中低端动力市场和储能市场有着广泛应用。
除了单独使用外,磷酸锰铁锂也可与其他正极材料混用,以提升电池性能。据赵成龙介绍,在两轮车领域,磷酸锰铁锂与锰酸锂、三元材料的混合使用已投入市场,并基本完成路线切换。
海通国际认为,磷酸锰铁锂与三元523、LCO等材料进行复合,可以进一步综合材料的优势,实现短板互补,提高能量密度,相应的生产成本也会随之提高。
A股公司争先布局
作为尚未实现全产业链认证和商业化的电池路线,磷酸锰铁锂目前正处于量产的“前夜”,电池样品已进入车厂测试认证阶段。上市公司也在加紧布局,扩张产能。
亿纬锂能证券部工作人员对记者表示,公司的磷酸锰铁锂电池正处于送样阶段,子公司金泉新材料有一定的产能,具体进展以公告为准。
合纵科技7月22日在投资者互动平台上表示,目前公司已完成多型号磷酸锰铁锂前驱体产品中试,并开始向下游新能源企业送样测试。
国轩高科相关负责人告诉记者,磷酸锰铁锂不是公司主营业务,公司有专利布局,但具体商业运用计划暂不详。
多家龙头正极材料生产商也积极储备磷酸锰铁锂材料产能。
容百科技7月20日公告称,拟使用自有及自筹资金3.89亿元投资斯科兰德。本次交易完成后,公司将持有斯科兰德68.25%的股权。容百科技表示,并购斯科兰德是公司转型成为正极材料综合供应商的重要一步。斯科兰德总经理李积刚表示,斯科兰德旗下的临汾市中贝新材料有限公司万吨级磷酸锰铁锂产线已顺利投产。通过和容百科技合作,斯科兰德将在资金、企业管理、品控等方面获得赋能,这能使公司迅速做大做强,并保持业内领先地位。
当升科技7月20日发布了磷酸锰铁锂等3款新正极材料,并详细介绍了产品特点和技术突破。
部分上市公司的磷酸锰铁锂产线即将投产。德方纳米相关负责人对记者表示,公司今年四季度将有11万吨磷酸锰铁锂正极材料投产。此外,德方纳米今年初披露的云南曲靖年产33万吨新型磷酸盐系正极材料生产基地项目也是磷酸锰铁锂产能。
谈到磷酸锰铁锂电池的量产和商业化进程,李积刚表示,磷酸锰铁锂电池的车厂认证应该不会耗费较长时间,或许半年左右时间,磷酸锰铁锂将进入商业化阶段。赵成龙称,纯用磷酸锰铁锂目前开发进展顺利,预计明年中期会出现相关产品。
墨柯预计,磷酸锰铁锂电池最快明年可实现量产。在量产后,行业或许需要1年至3年时间解决实际应用中出现的问题,进而走向成熟和大规模商业化。
锰资源会成为风口?
随着磷酸锰铁锂站上“风口”,锰元素也受到市场关注。多家机构认为,未来锰将成为“不容忽视的第四种电池金属”。
据上海有色网统计,每吨磷酸锰铁锂大约含330千克的锰原料。中信证券表示,磷酸锰铁锂原材料成本与磷酸铁锂接近,主要区别在于所需锰源的用量变化。咨询公司伍德麦肯兹预测,到2040年,电池中锰的使用量将增加5倍。
赵成龙表示,磷酸锰铁锂对于锰需求的拉动作用一般,不过对于高纯度的碳酸锰和氧化锰需求存在拉升作用。
墨柯认为,不同于钴等稀有金属,锰是量大面广的金属资源,磷酸锰铁锂路线基本不存在资源瓶颈问题。
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