本文目录一览:
- 1、一部三元锂汽车需要多少锂
- 2、特斯拉牵手宁德时代,Model 3凭磷酸铁锂电池20万起步?
- 3、特斯拉与宁德时代关于电池“去钴”谈判,竟产生了一系列连锁反应
- 4、新能源汽车多久要换一次电池?换一次电池多少钱?
- 5、大大降低电池自燃概率,比亚迪“刀片电池”技术颠覆行业
- 6、宁德时代比亚迪隔空斗法背后:三元锂真要玩完了?
一部三元锂汽车需要多少锂
60kWh的磷酸铁锂电池,一台车需要30kg的碳酸锂。
如果我们按照60kWh一台车来算,10万台车6GWh,100万台60GWh,对应的碳酸锂的需求分别为3万吨。按照2020年中国碳酸锂产量为16.6万吨,同比增长4.4%,其中电池级碳酸锂产量为10.6万吨,工业级碳酸锂产量为6万吨。也就是说10万吨的电池级别碳酸锂,全部来做磷酸铁锂电池对应的是200GWh。
如果用三元,以特斯拉用的LG产品为例,材料大概可以分解下,51.75kWh,根据拆解来看,电芯的重量为201.68kg,对应的正极材料的重量为80kg,对应的镍的重量为65.57kg,钴的重量为4.8kg。如果按照每吨10万(100元/kg)的价格,镍的价格为655块,钴价格按照每吨35万(350元/kg),对应的价格为1679元,加起来大概在2334元。
特斯拉牵手宁德时代,Model 3凭磷酸铁锂电池20万起步?
引言 | 一切都是为了降本
2月18日,路透社的一篇题为“特斯拉正在商谈,在中国产的特斯拉上使用宁德时代的无钴电池”的文章在业内引起了热议。
的确,光看这个标题就足以令很多人大吃一惊。虽然说现在各电池厂商都在极力降低电池正极中钴的含量,即使是业内较为领先的松下和特斯拉合作的NCA三元锂电池,钴含量也才刚刚达到了个位数的百分比,而宁德时代量产产品中做得最突出的也才达到了10%。
因此突然看到特斯拉欲在国产特斯拉中使用宁德时代的无钴电池,多少都会觉得不可思议。那么,宁德时代的无钴电池到底是怎么实现呢?
经了解发现,所谓的无钴电池实际上是LFP磷酸铁锂电池,和三元锂电池实际并没有关系。
先来说说特斯拉为什么要在国产Model 3标准续航版上放弃原先的三元锂电池。
一、为何改用磷酸铁锂电
特斯拉来临港建厂一方面出于其在美国尴尬的处境,属于另谋蹊径,另一方面则是看重了中国的市场,中国消费者的消费能力。
随着如今入门级豪华品牌逐渐成为了街道的主流车型,也变成了各豪华品牌销量的中流砥柱,Elon Musk怎么会对这样的市场无动于衷,眼红是自然的。
不过想要驻足国内市场,Musk本人也很清楚,产品要让大多数人踮踮脚就能够到,价格也得足够诚意。就是这样国产Model 3横空出世,国产Model 3的使命并非一味追求性能,而是追求了性能与成本的平衡(价格下降的前提是缩减成本)。毫无疑问,改用磷酸铁锂电池就是为了降低成本。
▎钴的采购成本偏高
正常情况下,电池组的成本约占整车成本的40%,而三元锂电池正极材料又占了电池组成本的40%。目前正极材料的三种原材料及价格分别为镍10万/吨、钴27.3万/吨、锰0.64万/吨。
很显然,钴的材料价格要远高于另外两种原材料,所以说上文也提到了各电池制造商都在致力于降低电池正极的钴含量。而就目前技术来看,没有哪一家企业可以做到使用三元锂电池的同时,也能做到彻底零钴。想要真正摆脱钴,磷酸锂电池便是一条出路。
说到底要想缩减成本,这种“无钴”尝试显然是有必要的。
▎松下电池运输成本偏高
在不考虑磷酸铁锂的情况下,如果抛开运输成本和税费,特斯拉更希望在国产Model 3标准续航版上使用松下的三元锂电池。(还是因为价格便宜)
不过,松下电池最大的问题在于,只有美国工厂才生产。如果采用了松下电池,虽然价格是低了,但考虑到必须从美国运往中国,所有花费下来成本并不低。
▎LG 化学电池价格偏高
如果选择中国本土生产制造的LG 化学的电池,从南京运往上海倒是可以大幅缩减运输成本。
但是根据瑞银的研究报告,LG 化学的电池价格还要比松下电池高出了接近20%,特斯拉也不傻,毕竟省下的运输费用都出在了电池价格里,羊毛出在羊身上的道理谁都懂。
▎与宁商谈价格很香
原文中也有提到,与宁德时代商谈的价格有望在原先基础上取得较大的降低。据可靠信源得知,特斯拉希望宁德时代电池价格下降20%。
价格谈拢的话,车聚君也只能说这样的电池价格是真香,也难怪特斯拉会选择宁德时代的磷酸铁锂电池。
二、磷酸铁锂电池相比较三元锂电池的优缺点
关于磷酸铁锂电池相比较三元锂电池的其中一个优点就是成本低,上文也已经提到过。另外还有安全性高、产量足(看这架势,特斯拉是要在华大干一场了)等优点。
实际上上文主要介绍的就是磷酸铁锂电池的低成本优势,以下着重说一些不足之处:
▎能量密度低
能量密度也直接与续航挂钩,一直以来续航和电池密度都是电动车最大的瓶颈之一。
新能源乘用车补贴标准中也清楚地写着“能量密度”这一项,新能源乘用车补贴技术要求中也清楚写到“电池系统的能量密度不低于125Wh/kg”看得出国家也在鼓励新势力积极开拓创新以提高能量密度。
过去几年磷酸电池的能量密度能达到120Wh/kg就已经是破天荒了,而这样的参数如若换做是三元锂电池,就显得不值一提。
好在目前许多企业都在尝试改善,例如比亚迪的刀片电池技术可以将电池的能量密度提升至140Wh/kg,大众的纯电动轻卡上所使用的宁德时代的电池是采用的CTP技术,能量密度提高至160Wh/kg。即便如此,这与三元锂电池的180Wh/kg还是有着一定的差距。
▎低温性能差
低温情况下,电池性能会下降早已是众多电池不争的事实。无论是磷酸铁锂电池还是三元锂电池都是存在这个问题,只不过前者在低温条件下的表现要比后者糟糕得多。
低温下性能不佳的表现主要集中在两点:
相同低温环境,相同的电量,磷酸铁锂电池的实际续航要明显低于三元锂电池。
相同低温环境,相同的电量,磷酸铁锂电池的充电速度要明显慢于三元锂电池。
车聚小结
对于宁德时代安装在国产后驱Model 3上的磷酸铁锂电池的能量密度能否超过125Wh/kg这个问题,宁德时代已经回应媒体:有能力。
有业内人士指出:特斯拉在Model 3车型上的电池应用有了明确分工:
-已经国产的后驱标准续航Mode 3:宁德时代的磷酸铁锂电池;
-即将国产的后驱长续航Model 3:LG化学南京工厂的三元锂电;
-现在进口的全驱长续航和性能版Model 3:松下三元锂电;
其实,这并不是终极答案。因为特斯拉早有自己做电池的打算,并在2019年财报会议上明确回应了这一点。所以,我们还是且行且看吧。
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特斯拉与宁德时代关于电池“去钴”谈判,竟产生了一系列连锁反应
昨日,一则特斯拉正在与“新”合作伙伴宁德时代就其中国工厂生产的汽车中使用不含钴的电池进行谈判之消息一经传出,便迅速引发了热议。
人们开始讨论着特斯拉此举是否会带来成本的降低,从而再次拉低已经颇具竞争力的国产Model 3的售价,进而是否会对国内整个新能源汽车市场产生一定的冲击。
与此同时,国内的钴矿业巨头也无辜“躺枪”,受到波及。昨日开盘,大量钴矿类公司股价出现大幅下跌。其中华友钴业、寒锐钴业两大A股钴业巨头更是直接跌停。
仅仅是一家新能源车企的技术转向传闻,竟然引发了一系列跨行业的连锁反应,你不得不佩服特斯拉的影响力。可冷静下来思考,为何“无钴”的特斯拉会引发如此大的效应?
后补贴时代“降本”成为关键
“无钴”的特斯拉将更具竞争力
众所周知,在纯电动车的整车造价里,电池成本占据了接近40%。如果电池成本无法控制,势必纯电动车的售价无法降低,也很难突显其较之燃油车的性价比。
特别是在我国新能源车补逐步退坡甚至完全退出的大背景下,在后补贴时代,如何提升纯电动车的性价比,毫无疑问,也只能先从动力电池下手。
在动力电池应用领域,磷酸铁锂和三元锂电池是目前最为主流的两大技术路线。两者相比,各有优缺点。磷酸铁锂电池成本低,稳定性更好;而三元锂电池能量密度优势更大,更能符合人们对于纯电动车的续航里程需求。
于是,三元锂电池成为了当下更多车企所追捧的路线。截止2019年11月,我国动力电池装机量累计达到52.5GWh,其中三元锂电池的占比就超过了七成。而特斯拉原本使用的也正是三元锂电池。
现在给特斯拉上海工厂供应三元锂电池的是松下和LG化学,不管两家正极材料是NCA(镍钴铝)还是NCM(镍钴锰),都含大量的钴。价格高昂的钴金属,使得三元锂电池的成本很难大幅降低。
目前磷酸铁锂电池的成本在0.65元/wh,而三元锂电池的成本为0.85元/wh。30%左右的成本差距怎能让马斯克不动心?
一旦国产特斯拉使用“无钴”且成本更低的磷酸铁锂电池,那么国产Model 3的售价进一步拉低就有了很大的可能性。
目前来看,补贴后29.99万元的售价已经火得不行,如果价格再次下探,那么国产Model 3无疑将更具竞争力。
延伸到整个新能源汽车行业上来。一旦特斯拉的“降本”得以实现,自然也会引领其他的新能源车商为之效仿,从而全面提升纯电动汽车的性价比。
市场快速进入筛选阶段,车企实现优胜劣汰,进而提升纯电动汽车在消费者心目中的地位和预期。
“去钴”并不等于忽略续航里程
磷酸铁锂电池待被重新“正名”
业界有人士分析,特斯拉追求电池“去钴”或许只是针对国产Model 3的标准续航版等中低端车型,而高续航版车型将会继续使用三元锂电池。
或许,这是对目前磷酸铁锂电池的认知不够与时俱进。磷酸铁锂电池早已并非曾经的水平,磷酸铁锂电池等于低续航里程,低电池能量密度的固有认知也在逐渐被打破。
就在刚刚过去的2019年,作为磷酸铁锂电池的国内两大巨头宁德时代和比亚迪,分别诞生了两种在电池系统层面最重要的“创新”。
宁德时代通过Cell to PACK技术(CTP),减少生产零部件,使得电池能量密度能够达到200Wh/Kg。
而比亚迪的刀片电池技术则能将体积密度提高50%。就在近日,工信部发布的《新能源汽车推广应用推荐车型目录(2020年第2批)》中,比亚迪汉EV名列其中。
而该款汉EV长续航版本搭载峰值功率163kW的驱动电机,并且首次搭载了比亚迪全新的“刀片电池”。该款电池组的能量密度高达140Wh/kg,最高NEDC续航里程为605km。
这也证明了磷酸铁锂电池在续航能力上,同样可以达到三元锂电池的水平。而特斯拉的“去钴”转向,自然也不能看作是因为“成本”而损失了续航能力。
与此同时,我们无法忽视的是磷酸铁锂电池在安全性上对三元锂电池的全面领先优势。从目前已发生的纯电动车因电池导致车辆自燃的事故汇总中,显然磷酸铁锂电池所引发的事故率是要远远低于三元锂电池的。
兼顾安全性、成本优势,又经过技术革新大大提升了续航能力的磷酸铁锂电池再次回归主流已是不争的事实。磷酸铁锂电池也有望被重新“正名”。
马曰:
特斯拉关于电池的技术转向之所以引发了广泛的热议,并且跨行业地产生了一系列的连锁反应。一方面跟纯电动汽车在后补贴时代的生存境遇有关,其降本的需求早已成为了新能源车企的共识。另一方面,也跟纯电动汽车的核心部件,即动力电池的技术路线存在争议有着很大的关系。
随着人们对纯电动汽车的要求越来越高,也倒逼着动力电池企业需要不断地进行技术革新。在这个过程当中,谁能走在前面,找到更为合理和先进的发展路径,那么它将在激烈的竞争中始终保持优势,这一点无论是对车企还是动力电池企业,同样适用。
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新能源汽车多久要换一次电池?换一次电池多少钱?
目前的车市,新能源车销量一路走高,燃油车好像已经开始不敌。除了人们环保意识上的提高,关键是,新能源车的补贴政策的确很吸引人。
而且不光是买电动汽车便宜,在后期使用中,电动汽车的经济型也超过了燃油车好几个档次。新能源车以电能作为燃料,虽说现在电费也不便宜,但是相比油费来讲,那就不值一提了。而且由于是电机代替发动机,所以在后期维修费用上,也会低廉不少。但又有人会担心新能源汽车的电池能用多久呢?
目前来讲,市面上的电动汽车用的都是三元锂电池,这种电池的蓄电量更加的足,并且污染也比较少、寿命比较长。不过这种电池也有弊端,那就是使用时间长了后会发生老化。基本上一块合格的电动汽车锂电池使用年限在8年左右,或者是20万公里。这也是厂家的质保期上限,所以汽车用到了这两个阶段就该换电池了。
但是新能源汽车换一次电池多少钱呢?就目前的市场行情,按照帝豪EV450来算,换一块电池差不多要8万块钱左右。而像特斯拉这种就更贵了,差不多要12万到15万一块,至少要12万,你惊不惊喜,意不意外?不过国家也正在调控电池的价格,到了你真要换电池的时候,应该就便宜很多了。
当然,电动汽车和燃油车一样,平时的驾驶习惯,也会影响电池的寿命,这一点可以通过每次充电的时间和续航你能力是否下降来判断,如果下降太厉害,想要继续开就得换电池了,多久换划算还是要看实际使用情况的。
电池厂商都在尝试降低成本
麦肯锡的它那个调研,它说2010年动力电池的生产成本是1000美元每度。
到2017年的时候已经下降到200多美元了。已经是下降了它对比七年前的1/5了,你就可以这么参考一下了。
特斯拉它自己说,它和松下研发的这个新型21700电池成本已经降到155美元每度。
三星SDI、LG化学也都是努力的开始去琢磨这方面的东西。动力要更好,价格要更便宜。
大大降低电池自燃概率,比亚迪“刀片电池”技术颠覆行业
3月29日,比亚迪宣布正式推出“刀片电池”,虽说并非新型电池,但是,依靠在设计上的改进,体积利用率提升50%以上,续航里程已经达到高能量三元锂电池的同等水平。另外,据王传福先生透露,目前“刀片电池”只会在比亚迪汉纯电车型上应用,其它车型暂无规划。那么终于揭开神秘面纱的“刀片电池”究竟有何优势?和传统的三元锂电池相比有多少差距?对消费者来说又有何好处呢?今天,大咖针对这一系列问题,来和大家探讨一下比亚迪最新的“刀片电池”。
三种锂电池优劣势对比
按照目前市面上流行的锂电池可以分为三大类,一种是以宁德时代为首的NCM三元锂电池;另一种是以松下为主的NCA三元锂电池;最后则是比亚迪为主导的磷酸铁锂电池。
通过每种类型动力电池的特性进行列表我们可以发现,当下最流行的NCM(镍钴锰锂)三元锂电池,在宁德时代、LG化学以及三星SDI这三家龙头企业均被广泛采用,更是涉猎大多数主流车型,松下采用的NCA(镍钴铝锂)三元锂电池仅仅是工艺上的不同,二者续航、能量密度上的差异并不大。
而三元锂电池被广泛应用的主要一点原因在于,在同等重量和体积的电池下,这种三元锂电池拥有更高的能量密度,从而带来更高的续航表现,这也是初期解决消费者里程焦虑的快捷途径。只不过,由于钴的成本高,因此现在动力电池制造商为降低成本,都会选择减少钴增加镍,但这又会带来电池稳定性变差的后果,因此部分没有相对完善BMS电池管理系统的车型,便会导致自燃的发生。
相比上述两类锂电池而言,比亚迪为首的磷酸铁锂电池在它们劣势这块得到补全,首先,磷酸铁锂电池制造成本更低、使用寿命更高、安全性更强,但是能量密度不如三元锂电池,加上磷酸铁锂电池更重也更占空间,因此多数用于SUV以及中型车上。由于磷酸铁锂电池在能量密度、体积、质量上都还有较大的上升空间,从而加速催生了比亚迪刀片电池的诞生。
对消费者有什么好处?
(比亚迪刀片电池)
纯电动车依赖的就是动力电池,而回顾2019年,新能源车自燃安全事故的提及数较2018年增加14倍。根据2019年《新能源汽车国家大数据联盟》公布的电动汽车起火原因及问题比重,58%均为电池原因所致,由此可见电池安全性的重要性。
在发布会现场,比亚迪将三元锂电池、磷酸铁锂电池以及经过重新设计的刀片电池分别进行最严苛的针刺测试,传统磷酸铁锂电池和三元锂电池均产生烟雾或明火并快速升温,而刀片电池得益于刀片形式布局提高散热效率,在局部热失控时,有效提升安全性。因此在针刺实验上,刀片电池结果呈无烟、无火、表面温度最高仅达到60℃态势,所有指标均处在安全范围内。
(传统电池电芯布局)
(比亚迪刀片电池电芯布局)
除了安全性得到提升,在续航表现上也有显著进步。首先,比亚迪刀片电池采用“单体电芯长条化”的理念,将电池长度增加到800mm,减少电池厚度到20mm,充分利用了Z向高度空间,增加了单体电池容量,做到约60%的空间利用率,提升近20%比能量。因此,比亚迪的刀片电池能量密度能达到180Wh/kg,超越三元锂电池的160Wh/kg,让比亚迪汉的续航里程达到605km,同时压缩了Z向空间,也能让刀片电池未来布局在小型车上。
最后一点好处则是动力电池成本的降低。据了解,目前松下21700圆柱型锂离子电池的成本为111美元/kWh,LG化学的成本为148美元/kWh,三星SDI和宁德时代的成本均超过150美元/kWh。在单体容量增加带来成本降低的优势下,根据中国科学院院士欧阳明高的研究数据来看,比亚迪刀片电池的成本可以做到86美元/kWh。而据比亚迪相关人士表示,新型电池成本预估能下降20%-30%,那么折算到车价,消费者的购车成本也能下降10%左右,性价比会更高。
大咖点评
不可否认的是,刀片电池的推出,直击痛点的解决消费者目前对新能源车安全、续航以及价格三大方面的疑虑,依靠比亚迪汉的强悍实力,对特斯拉、对新能源领域都会是一个不小的冲击。当然了,大咖还是希望刀片电池能够尽快得到普及。
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。
宁德时代比亚迪隔空斗法背后:三元锂真要玩完了?
电动 汽车 上普遍搭载的三元锂电池,要被淘汰了?
5月12日,工信部连发三道加急文书,颁布了一系列电动 汽车 强制标准,其中就包括一条“要求电池单体发生热失控后,电池系统在5分钟内不起火不爆炸,为乘员预留安全逃生时间”。
这一条规定对目前使用最广泛的三元锂电池来说,可谓是重大打击。
从此前发生的一些自燃事件来看,车用三元锂电池在发生热失控后,很快就燃起大火,并不符合上述5分钟不起火的规定。
三元锂电池正极材料中镍元素的含量进行提升能够使大大提升电池的能量密度,这也可以为电动车带来更长的续航里程,但镍元素提升之后,电池更容易出现热失控。
与磷酸铁电池相比,在特殊发生热失控后(比如针刺实验),三元锂电池内部的材料会发生分解,并随着发生爆炸。而磷酸铁电池则能保持稳定。
政策之外,三元锂电池还面临竞争对手——磷酸铁电池的新一轮打击。
比亚迪推出的刀片电池,用新的封装方式,大幅提升了能量密度补上了自己的短板,再加上自身拥有更好的安全性和成本优势,迅速崛起。
比亚迪的旗舰电动车——汉,就搭载了刀片电池上市。而特斯拉,也为国产Model 3换上了磷酸铁电池。
新标准和新产品的出现,引起了业内的激烈争论。三元锂电池和磷酸铁电池各自的代表,宁德时代和比亚迪就为这事儿隔空“吵了起来。”
比亚迪在刀片电池发布会上放出针刺实验的结果后,巨头宁德时代表示,电池安全和电池滥用测试是两回事,但有些人把通过滥用测试等同于电池安全。
但随后,比亚迪则强硬回复称“不服?那也来扎一下吧!”。
那么三元锂电池到底能不够通过这个标准?三元锂和磷酸铁到底有何技术差异?三元锂电池是不是真的要被淘汰了呢?从业内专家的评论和各大企业的实际做法来看,其实已经有了答案。
近两个月来已经发生多起电动 汽车 着火的事故,为此,5月12日,工信部连发三道加急文书,颁布了一系列电动 汽车 强制标准,其中就包括一条“要求电池单体发生热失控后,电池系统在5分钟内不起火不爆炸,为乘员预留安全逃生时间”。
▲工信部颁布了一系列电动 汽车 强制标准
这条强制标准也被认为是针对三元锂电池的,从之前发生的自燃现象来看,多款搭载了三元锂电池的电动车从自燃到着火也就在几十秒内。
比亚迪作为资深的磷酸铁锂电池玩家,在磷酸铁锂电池方面有了比较深的研究,3月份曾发布了刀片电池。在发布会现场,比亚迪副董事长何龙表示:“几乎所有你能想到的电动 汽车 品牌都在和我们探讨合作。”
比亚迪总裁王传福在刀片电池的发布上表示,在国内的新能源乘用车领域,多个企业间存在续航攀比的现象,而提升续航的主要方法就是提升动力电池的能量密度,这就导致了电池行业的发展跑偏了。
车企普遍选择了能量密度更高的三元锂电池,并且还在持续增加电池的能量密度,这就导致了电动 汽车 的自燃事频频发生。
随后比亚迪还放了刀片电池和三元锂电池在针刺实验下的不同结果,结果显示,三元锂电池在针刺实验下很快就爆炸了,表面温度超过500摄氏度。
这也被外界视为比亚迪向宁德时代发起的挑战,之后宁德时代的董事长曾毓群亲自回应称:“电池安全和电池滥用测试是两回事,但有些人把通过滥用测试等同于电池安全。”
之后,比亚迪销售副总经理李云飞在微博上发文称:“不服?那也来扎一下吧!”,这一回应算是将两者之间的暗战提升到了明战的状态。
▲比亚迪销售副总经理李云飞微博回应
5月22日,宁德时代发布了一则视频,视频显示,在进行针刺实验时,钢针并没有穿过电池包,而且还被电池外包装的钢板折断了。
但视频发出后,也引起了部分网友的不满,有网友认为,针刺实验的本质是为了模拟电池短路,而不是刺进或刺不进,还有人称宁德时代掌握了电池外壳的核心技术。
▲网友对宁德时代视频的调侃
既然目的没达到,5月23日晚上,宁德时代又放出了一则视频,视频中,宁德时代的5系和8系三元锂电池都成功通过了针刺测试,这两款电池在针刺和静止1小时后,电池未出现剧烈的升温和爆炸现象。
在视频的最后,宁德时代表示:“宁德时代早在2017年就已经掌握了三元电芯通过针刺测验的技术,但是为什么没有推广?通过针刺测验=电池安全吗?”
目前,李云飞又回应称未发生短路的话针刺测试就已经失败了,而宁德时代方面还有消息传出说要放出第三则视频,国内动力电池行业的两个巨头之间的争论还将继续。
但搭载了三元锂电池的电动 汽车 屡屡发生自燃,磷酸铁锂电池和政策的一步步打压也都让三元锂电池处在风口浪尖,那么为什么会出现这样的情况呢?
要想搞明白三元锂电池现在处境的原因,还需要从三元锂电池的自身来说起。
安全性不强是目前三元锂电池最显著的问题,由于NCM电池的用户比较多,我们主要来看一下这种电池,根据镍与钴、锰元素比例的不同,NCM电池又可以分为两类,一类是镍锰等量型,另一类是镍锰不等量型。
如NCM424和NCM111就是典型的镍锰等量型电池,但随着车企对电动车续航能力要求的提升,三元锂电池的能量密度不断推高,高镍路线也不断明确。
所以以NCM523、NCM622和NCM811为代表的高镍型三元锂电池是目前电池厂的主流路线。由于提升镍元素可以让电池具备更高的容量,所以现在电池厂都已经在生产容量最高的NCM811电池了。
▲宁德时代动力电池
而在8系三元锂电池之后,镍元素含量超过90%的9系三元锂电池正在蓄势待发。据高工锂电报道,知名锂电材料供应商格林美目前已经完成了镍元素摩尔比例分别达到90%、92%、95%的Ni90、Ni92、Ni95等三元前驱体材料的研发与量产。
但凡事都有正反两面,随着能量密度的不断提升,电池的安全隐患也在与日俱增。
有研究表明,随着三元锂电池正极材料中镍元素的富集,电池的容量保持能力与热稳定性出现了下滑。
当NCM三元锂电池正极的镍含量超过60%,NCA三元锂电池正极的镍含量超过80%,在经过一定次数的循环后,电池正极材料中的微裂纹显著增加,电极阻抗增大,正极开始向电芯中析出大量的氧气。而且在电池温度达到250摄氏度~350摄氏度时,三元锂电池内部的化学成分就会发生分解。
这一现象会造成两个后果,一是由于微裂纹增加,电池的寿命会受到影响;二是由于氧气的出现容易导致电池热失控的产生,而热失控则会引发电池起火爆炸。
而磷酸铁锂电池则是采用了磷酸铁锂作为电池的正极材料,磷酸铁锂晶体中的P-O键难以分解,就算是在非常高的温度或者过充的时候也不会结构崩坏,当电池的温度处在500摄氏度~600摄氏度的高温时,其内部的化学成分才开始分解。
正是这一特性才使得磷酸铁锂电池的使用寿命会更长,而就算发生了热失控的现象,磷酸铁锂电池也不会像三元锂电池那般容易着火。
▲比亚迪刀片电池和其他电池的针刺测试结果对比
即使发生了着火现象,磷酸铁锂电池也更容易处理,磷酸铁锂电池的燃烧需要外部提供氧气,一旦切断了氧气,火就可以熄灭,所以常规的灭火方法都可以灭火。
而三元锂电池着火后,电池内部还会持续发热,用普通的干粉灭火器能将明火灭掉,但并不能降低内部温度,可能会导致二次燃烧,因而只能用水持续降温灭火,这也会增加灭火的难度。
此外,三元锂电池的成本居高不下也是一个缺点。三元锂电池就是正极材料中采用了镍钴锰或镍钴铝等金属元素的电池,目前国内用的比较多的是镍钴锰(即NCM)电池,而特斯拉采用的则是镍钴铝(即NCA)电池。
▲Model 3
但无论是NCM电池还是NCA电池,都脱不开对钴元素的使用,钴是一种稀缺金属,产量少且分布不均,美国地质勘探局数据显示,全球陆地钴资源的储量约为700万吨,其中刚果(金)的储量占比为52%、澳大利亚储量占比为17%,古巴的储量占比为7%,其他国家的储量则非常低。
正是对钴金属的需求才导致三元锂电池的成本居高不下,据公开资料显示,目前三元锂电池的度电成成本在1000元左右,而磷酸铁锂电池的度电成本可以控制在600元内。
综合来看,三元锂电池的优缺点都很明显,较高的能量密度能够为电动 汽车 提供更长的续航里程,但安全性差也是悬在空中的一把利剑,对于 汽车 来说,安全性又是重中之重,因而三元锂电池受到打压就不奇怪了。
虽然三元锂电池存在安全问题,但是因为其能量密度高,很多车企仍然选择这种电池,但比亚迪的刀片电池基本上解决了能量密度的问题,又拥有更高的安全性,使得磷酸铁锂的市场占有情况也发生了一些变化。
目前,国内的磷酸铁锂电池的装机量开始上升,甚至特斯拉、比亚迪的王牌车型,也开始从三元锂电池换装为磷酸铁锂电池了。
今年3月29日,比亚迪正式发布了刀片电池,并且还表示这款电池将会首先搭载到比亚迪汉上,在采用了刀片电池后,比亚迪汉的NEDC续航里程将超过600公里。
而在2015年,比亚迪推出的宋DM车上也采用了三元锂电池,2017年推出的秦EV和e5车型也采用了三元锂电池,这说明比亚迪也曾在技术路线上进行过纠结。
而现在,比亚迪汉EV、比亚迪宋Plus等旗舰车型都将采用刀片电池,这也可以看出比亚迪坚定了继续走磷酸铁锂电池的道路。
▲比亚迪汉EV
在刀片电池的发布会现场,比亚迪副总裁何龙表示:“几乎你能想到的所有 汽车 品牌,都在和我们探讨基于刀片电池技术的合作方案,相信大家很快就能看到、听到刀片电池更多精彩的消息。”
除了比亚迪,全球第一大的电动 汽车 生产商也将要采用磷酸铁锂电池了。
5月22日,工信部发布了第333批《道路机动车辆生产企业及产品》,其中再次出现了特斯拉Model 3,从申报的信息来看,这款Model 3的电池换成了磷酸铁锂电池。
▲国产Model 3采用了磷酸铁锂电池
据了解,特斯拉的磷酸铁锂电池将会由宁德时代提供,有媒体报道称宁德时代的磷酸铁锂模组度电成本已经降到了500元以内,电池组的成本将会在600元以下。而此前特斯拉所用的高镍三元锂电池度电成本在1000元左右。这样一来,国产Model 3的价格有望进一步下降。
目前,特斯拉的全球销量已经超过了100万辆,而比亚迪电动 汽车 的全球销量也快接近100万辆了,这两家企业是世界上最大的两个电动 汽车 生产商,他们都采用了磷酸铁锂电池,这对于其他车企的影响将会是巨大的,在未来可能会有更多的车企选择磷酸铁锂电池。
正是由于这些原因的影响,目前磷酸铁锂电池的装机量也在稳步提升。中国 汽车 动力电池产业创新联盟公布的数据显示,2020年4月份,国内三元电池装机量约2.6GWh,占比为73.2%,环比增长17.8%。磷酸铁锂电池的装机量为0.9GWh,占比25.8%,环比增长74.1%
虽然目前磷酸铁锂电池的销量提升主要跟商用车产销的增长分不开,但随着国产Model 3、比亚迪汉逐步搭载磷酸铁锂电池,可能将会有更多的车企采用磷酸铁锂电池,磷酸铁锂电池的市场份额也会进一步提升。
看到这里,你可能会问,按这么说三元锂电池是不是就没有希望了,未来终将是磷酸铁锂的天下了吗?
但事实并非如此,很多电池企业已经认识到了三元锂电池存在的问题了,并且已经在积极的寻求解决方法,宁德时代通过加固电池外壳也能应对针刺实验,并且还展示了其三元锂电池通过针刺实验的视频。
不过,目前三元锂电池的发展也确实到了瓶颈,还需要更多的技术突破才能持续发展,而LG化学、蜂巢能源和三星都已经在研究新的技术了。
在今年3月4日通用的“EV week”活动上,通用与它的合作伙伴LG化学一同推出一款新的电池产品Ultium。
▲通用新电池Pack
这款产品的核心并不是被外界吹得神乎其神的电池包技术,其关键在于,Ultium电池的电芯将会使用LG化学最新研发的NCMA四元锂电池。
这款电池的技术原理是通过向NCM三元锂正极材料,混入少量的铝元素,使原本性质活跃的高镍三元正极材料在保持高能量密度的同时,也能维持较稳定的状态。
在这一转变过程中,原本NCM三元体系的Li[Ni-Co-Mn]O2正极材料体系变成了Li[Ni-Co-Mn-Al]O2(正极材料的化学构成发生了改变)。
过渡金属铝元素的加入所形成的Al-O化学键强度远大于Ni(Co,Mn)-O化学键,从化学性质上增强了正极的稳定性,进而使得NCMA四元电池H2—H3不可逆相变的电压在经过多次循环后仍然保持稳定状态,且Li元素在正极的脱嵌过程中不易释放氧元素,减少了过渡金属的溶解,提升了晶体结构的稳定性。
而稳定的晶体结构则减少了充放电循环过程中,正极材料微裂纹的形成,正极阻抗的上升速度得到抑制。
与此同时,有研究表明,NCMA的正极材料放热峰值反应温度为205摄氏度,高于NCA正极材料的202摄氏度与NCM正极材料的200摄氏度,这意味着NCMA正极材料的热稳定性更加优秀。
▲通用与LG合作的电池
值得注意的是,NCMA四元正极材料中,成本最为昂贵的钴元素,含量从NCA/NCM 622中的20%下降至5%,成本进一步降低。按照LG与通用公布的数字,NCMA四元电池的量产成本为100美元(约合人民币694元),而此前,LG化学NCM 622的量产成本约为148美元(约合人民币1027元)。
高能量密度、高稳定性、低成本,原本在NCA/NCM三元锂电池上难以同时实现的特性,在NCMA四元锂电池上达成,对于动力电池产品而言,NCMA的量产将会掀起一股技术路线升级的浪潮。
而5月19日,长城 汽车 的动力电池公司蜂巢能源发布的L6薄片无钴长电芯彻底去除了三元锂中成本最高的钴元素。
蜂巢阳离子掺杂技术采用两种化学键能更大的元素掺杂到材料中替代钴,通过强化学键稳定氧八面体结构,减少锂镍混排,改善了材料的稳定性,可以在4.3V~4.35V电压下稳定工作,使能量密度提高,成本降低。
▲蜂巢能源L6薄片无钴长电芯
同时,蜂巢能源还采用了单晶技术,与多晶材料相比,单晶材料在辊压过程中具有更强的颗粒强度和更加稳定的结构,耐压力强度可以提高10倍。正因如此,无钴材料的使用寿命会更长,电芯寿命也比多晶高镍三元高出70%。
此外,蜂巢能源还采用了纳米网络包覆技术,在单晶表面包覆一层纳米氧化物,可以减少正极材料与电解液的副反应,有效改善了高电压下的材料循环性能。
这三项技术的加持,使得蜂巢能源的无钴电池在三元锂电池的基础上降低了生产成本,提升了电池的安全性和使用寿命,也将会成为三元锂电池的下一步出路之一。
在四元锂电池和无钴电池之外,还有一部分电池企业在研究固态锂电池。顾名思义,固态电池的核心就在于把液态电解质转变成固体电解质。
固态电解质不会发生自燃、没有腐蚀性、不会泄漏和挥发,因为也不会导致车辆自燃,安全性非常高。但目前,固态电池的生产技术还是一大难点,现阶段的固态电解质电导率总体低于液态电解液,现在固态电池的性能偏低。
但三星在今年三月份发出报告称其在全固态电池的量产之路上取得了突破性的进展。
据介绍,三星的全固态电池将实现900Wh/L(区别于Wh/kg的计量单位,因不同材料密度不同,二者不可换算)的能量密度,1000次以上的充放电循环以及99.8%的库伦效率(也可称为充放电效率),我国目前较为先进的固态电池技术虽然同样也能够实现1000次以上的充放电循环,但在库伦效率方面目前还达不到接近100%的程度。
▲三星在《自然-能源》杂志上发表论文
此外,三星通过引入银碳复合负极、不锈钢(SUS)集电器、辉石型硫化物电解质以及特殊材料涂层,对固态电池的负极、电解质与正极进行了处理,有效解决了锂枝晶生长、低库伦效率与界面副反应,这三大固态电池量产所面临的核心问题,推动固态电池技术离产业化更进一步。
总的来看,电池企业们并不愿意舍弃三元锂的高能量密度,所以一直在三元锂电池的变种上下功夫。
随着他们的不断攻坚,四元锂电池、无钴电池、固态电池等新的电池都量产不远了,在下一阶段的竞争中,三元锂电池的变体们还有可能会引领电池产业的发展方向。
关于磷酸铁锂电池和三元锂电池技术争论一直都在,国内的两个动力电池厂商宁德时代和比亚迪此前各自坚定的走差异化道路。
但近些年,虽然三元锂电池的安全事故开始增加,磷酸铁锂电池大有崛起之时,而特斯拉采用磷酸铁锂电池则更加引起了舆论风向。
一时间,三元锂电池将被判死刑,三元锂电池已死等言论层出不穷。但就现实情况来啊可能,三元锂电池仍然是出货量最高的电池类型,磷酸铁锂电池会因为安全性而获得一定的市场,但也无法完全颠覆三元锂电池。
更何况,目前三元锂电池的玩家都还在研究升级三元锂电池,随着更多安全性更高、成本更低、能量密度更高的三元锂电池变种的出现,三元锂电池还将会继续繁荣。所以说,现在给三元锂电池判死刑还为 时尚 早。