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三元電池安全問題能否成就磷酸鐵鋰離子電池的逆襲？

鉅大LARGE  |  點擊量：566次  |  2020年04月29日  

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鋰電池。


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?shù)牟僮骰蛘唠娏鬟^大等都會導致電池溫度過高，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離子電池，再次收獲了關(guān)注。


在我國新能源汽車的發(fā)展之初，磷酸鐵鋰離子電池占據(jù)著動力鋰電池的主技術(shù)路線。數(shù)據(jù)顯示，2015年磷酸鐵鋰離子電池和三元鋰離子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)時里程的要求逐漸新增，使得能量密度更大的三元鋰離子電池迅速趕超磷酸鐵鋰離子電池的市場占比，進入2018年后，僅半年時間，三元鋰離子電池就完成了反超。


受能量密度的制約，磷酸鐵鋰離子電池市場需求低迷


近兩年來，新能源汽車市場的重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。補貼政策的導向和乘用車裝機電池關(guān)于能量密度的高要求，使得磷酸鐵鋰離子電池市場占比下降，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離子電池，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，其中三元鋰離子電池占比87%，為13.98GWh；磷酸鐵鋰離子電池占比12%，為1.92GWh。


四個月前，三元鋰仍占據(jù)著動力鋰電池市場的絕對優(yōu)勢。數(shù)據(jù)顯示，我國新能源汽車市場動力鋰電池七月裝機量為3.34Gwh，同比上升29.01%。其中三元鋰離子電池裝機量為2.35Gwh，占比達70.26%；磷酸鐵鋰離子電池裝機量為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，為何會如此備受關(guān)注呢？原因大致有兩個：


一是錢；按照今年六月補貼新政的要求，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；關(guān)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。


常見的三元鋰離子電池單體電芯為200Wh/kg，電池系統(tǒng)能量密度約在140Wh/kg；而此前磷酸鐵鋰離子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，使得磷酸鐵鋰離子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)量嚴重過剩、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%。


補貼新政執(zhí)行，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，磷酸鐵鋰離子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，八月份我國動力鋰電池產(chǎn)量共6.69GWh，其中三元電池產(chǎn)量3.78GWh，占產(chǎn)量總比56.51%，磷酸鐵鋰離子電池產(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，補貼新政執(zhí)行后，磷酸鐵鋰離子電池在新能源乘用車和專用車的搭載比重皆有所新增。


九月份數(shù)據(jù)變化更加明顯，當月我國新能源汽車動力鋰電池裝機量高達6.01GWh，同比上升66.32%。其中三元鋰離子電池占比59.8%，為3.59GWh；磷酸鐵鋰離子電池占比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上升的重要因素。


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離子電池，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的動力鋰電池，磷酸鐵鋰離子電池和三元鋰離子電池的最低市場報價一般為1020元和1210元。


在儲能市場方面，得益于一些動力鋰電池公司開始布局儲能業(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)GTMResearch的儲能報告顯示，2018年鋰離子電池價格下降幅度變緩，我國的電網(wǎng)側(cè)儲能項目的應(yīng)用卻使磷酸鐵鋰離子電池用量持續(xù)新增。


另一方面，隨著技術(shù)的不斷提升，目前部分磷酸鐵鋰離子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。且相較于三元鋰離子電池，磷酸鐵鋰離子電池在穩(wěn)定性方面更具優(yōu)勢。


最后是補貼的大幅下降，磷酸鐵鋰之所以在原材料的供應(yīng)和價格方面具有低風險性，是因為不要用到鈷等貴重金屬，這將有助于電池生產(chǎn)公司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離子電池的安全性相關(guān)于三元鋰離子電池略高一些。


從技術(shù)方面來講，磷酸鐵鋰離子電池提高能量密度的方式重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)鋰離子動力鋰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。雖然目前磷酸鐵鋰離子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離子電池，乘用車、轎車會偏向于三元鋰離子電池。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。


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