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磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池只是兩頭 “站在風口上的豬”嗎

中國動力電池的發展之路就像是經歷了一個輪迴。從 2008 年比亞迪推出第一款搭載磷酸鐵鋰電池的 F3 DM 開始,磷酸鐵鋰電池就在中國的新能源汽車行業中呈現出了一枝獨秀的狀態。到 2016 年 12 月 30 日,中國首次把對電池能量密度的要求加入了新能源汽車補貼政策當中,三元鋰電池就開始強勢崛起,而磷酸鐵鋰電池走向了衰敗。

2020 年 8 月,特斯拉 Model 3 的磷酸鐵鋰電池版本車型正式上市,磷酸鐵鋰電池再度向動力電池領域發起反攻。緊接著,比亞迪、小鵬紛紛換裝上市了磷酸鐵鋰電池版本的車型,就連傳統車企巨頭大眾也在近期表明要在入門電動車上搭載磷酸鐵鋰電池。

得到了眾多車企的支援以後,磷酸鐵鋰電池去年下半年的出貨量一路飆升,在去年 12 月甚至已經完成了對三元鋰電池的反超

。那麼,是什麼導致了磷酸鐵鋰電池完成逆襲,它與三元鋰電池究竟有什麼 “恩怨糾葛”,又是什麼原因讓車企們突然覺得磷酸鐵鋰電池這位 “過氣網紅”真香呢?

磷酸鐵鋰 VS 三元鋰,3 勝 2 敗

第一回合:能量密度

磷酸鐵鋰電池的電池電壓平臺較低,電芯能量密度大概只有 140Wh/kg 左右,而三元鋰電池的電壓平臺較高,電芯能量密度能夠達到 240Wh/kg。這也就意味著在相同的電池重量下,三元鋰電池的能量密度是磷酸鐵鋰電池的 1.7 倍,三元鋰電池在能量密度上可以完勝磷酸鐵鋰電池。

電池能量密度是衡量一款新能源汽車續航能力的重要指標,而續航能力又是目前新能源汽車發展的主要方向之一,所以能量密度就成為了三元鋰電池最大的優勢,也是磷酸鐵鋰電池最大的劣勢,甚至可以說是當初磷酸鐵鋰電池被市場淘汰出局的主要原因。

磷酸鐵鋰電池之所以能夠重出江湖,是因為電池廠商們找到了一種方法可以改善它能量密度,使得它的續航能力達到了消費者和車企們都能接受的水平,這種方法就是 CTP 技術。CTP 技術說白了就是通過簡化電池包的物理結構,讓動力電池可以在有限的空間內可以容納更多的電芯。

第二回合:安全性

磷酸鐵鋰電池是目前熱穩定性最好的動力電池,在安全性上相較於三元鋰電池有著絕對的優勢。磷酸鐵鋰電池的電熱峰值高達 350℃,電池內部的化學成分需要達到 500~600℃才會開始分解;而三元鋰電池的熱穩定性表現就很一般了,它在 300℃左右就會開始分解。

生命是很寶貴的,任何東西一旦涉及到生命安全,那麼就很容易觸動人們的神經。磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池在安全效能上的巨大差異,能夠讓磷酸鐵鋰電池站在道德制高點之上,同樣也能讓三元鋰電池處於輿論風暴之中。

有意思的是,電池廠商們解決三元鋰電池安全問題的方法和解決磷酸鐵鋰電池能量密度的方法如出一轍。磷酸鐵鋰電池是通過在物理結構上的優化來容納更多的單體電池;而三元鋰電池同樣也是通過優化物理結構來解決它的安全問題,區別只是三元鋰電池把電池包弄得更加堅固、更加耐熱了而已。

第三回合:低溫衰減

對於北方的純電動汽車使用者來說,最讓它們頭疼的或許並不是續航里程和安全效能,畢竟前者在買車時就已經權衡過了,後者則只是個小概率事件。最讓北方的電動汽車使用者頭疼的應該還是純電動汽車在冬天的低溫效能。

三元鋰電池的低溫溫度使用下限能夠達到 - 30℃,相較於磷酸鐵鋰電池,它的表現已經算是相當不錯了。因為磷酸鐵鋰電池的低溫溫度使用下限僅有 - 20℃,並且磷酸鐵鋰電池在低溫環境下的放電效能差,在 0℃的氣溫條件下的容量保持率還有 60~70% 左右,到 - 20℃時就僅剩下 20~40% 了。磷酸鐵鋰電池在低溫條件下較差的放電能力以及溫度下限,直接導致了它在嚴寒地區有著非常尷尬的處境。

為了改善動力電池低溫衰減現象,車企們大多會為動力電池提供相應的熱管理系統。所謂的熱管理系統本質上就是為動力電池增加了一個暖寶寶,而暖寶寶之所以能夠在嚴寒氣溫下暖起來依然需要依靠電池來提供電力支援,因此即便是加了暖寶寶的新能源汽車在嚴寒條件下的續航表現也依然不理想。

第四回合:使用壽命

磷酸鐵鋰電池的壽命遠高於三元鋰電池,前者理論上的電池充放電迴圈次數要大於 3500 次以後,電池電量才會衰減到 80%(報廢標準),而三元鋰電池的使用壽命大概只有 2000 次完全充放電迴圈,使用壽命大概只有前者的 2/3。

另外,安全環保的磷酸鐵鋰電池在達到動力電池報廢標準之後,依然可以在其他領域繼續儲能,並不會對環境造成太大汙染,戰略發展意義較高;而三元鋰電池的回收流程則相當複雜,且稍有不慎就會造成環境汙染,甚至有可能發生安全事故。

第五回合:電池成本

在電池成本方面,磷酸鐵鋰電池因為沒有什麼貴重金屬,所以生產成本更低;而三元鋰電池則採用了鎳、鈷、錳等多種價格昂貴的貴重金屬材料,其中鎳的價格高達 11 萬元 / 噸,鈷的價格更是一路飛漲到了 20 萬元 / 噸以上。

對於消費者而言,安全永遠都是擺在第一位,但是對於車企來說,成本低才是它們 “叛變”的根本原因。在未來新能源汽車發展過程中,價格戰是車企們勢在必行的手段,採用更加便宜的動力電池則是最容易實現降本的方法之一。

為時代而生,終將為時代而亡

無論是優勢還是缺點,這兩種在新能源汽車領域佔據主流地位的動力電池,它們之間的差異基本都是由不同的化學特性導致的。化學特性導致的問題通常都是最不好解決的問題,所以這兩種電池面臨的問題是它們目前亟待突破的瓶頸。

儘管目前無論是磷酸鐵鋰電池的能量密度還是三元鋰電池的安全問題,亦或者是它們之間都有的低溫衰減問題都已經有了相應的解決方案;但是無論是比亞迪刀片電池(磷酸鐵鋰電池)用的 CTP 技術,還是廣汽埃安的彈匣電池技術(三元鋰電池),亦或者給動力電池裝上 “暖寶寶”這樣簡單粗暴的低溫衰減解決方案,都只是從物理層面上緩解了它們存在的問題。

由此可見,動力電池廠商們都在不約而同地規避磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池存在的化學瓶頸,而是採用了優化物理結構的方式來優化它們存在的問題,在小雷看來,這樣的做法就是典型的治標不治本。

電池的化學成分就相當於人體所必須的鈣、鐵、鋅、硒、維生素,動力電池包則相當於人體的五臟六腑以及骨骼框架。動力電池廠商們現階段用來改良電池缺陷的方法本質上就像是在為一個缺鈣的病人實施了一場骨骼外科手術。

當然,小雷可以站在旁觀者的角度看待動力電池的發展過程,但是卻沒有資格以上帝的視角來看待問題。在小雷看來,三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池有可能可以通過改變化學配方對它們的化學特性進行相應的優化,但是改變化學特性帶來的研發難度勢必會比改變物理結構要大得多,所以動力電池廠商們選擇一條相對簡單的道路也是可以理解的。

如果三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池在化學特性上遇到的瓶頸遲遲不能突破,而物理結構上的優化始終都會存在侷限性。這樣一來,這兩種隨著時代發展而生的動力電池終將也會隨著時代發展而亡。