全年三元鋰電池不僅在上游的正極材料的擴(kuò)產(chǎn)規(guī)模方面(預(yù)計(jì)2025年,中國三元材料產(chǎn)能將擴(kuò)張到193.8萬噸,而磷酸鐵鋰材料產(chǎn)能規(guī)劃已經(jīng)突破300萬噸),中游的動(dòng)力電池產(chǎn)量、銷量、裝機(jī)量三大方面都被磷酸鐵鋰電池反超(2021年,磷酸鐵鋰電池在產(chǎn)量、銷量、裝機(jī)量分別占比57.1%、57.2%和57.1%,而且增速方面高出1倍左右)。
還在下游終端配套的選擇上出現(xiàn)明顯的像磷酸鐵鋰電池配套的傾向性,我國銷量排名靠前的爆款車型如排名前十的宏光mini、特斯拉Model 3、特斯拉Model Y、比亞迪漢、奔奔、奇瑞eQ1、小鵬P7等車型皆有配套磷酸鐵鋰電池,2021年1-12月的《新能源汽車推廣應(yīng)用推薦車型目錄》中終端配套磷酸鐵鋰電池的車型占比也和三元鋰電池相近,甚至屢屢超過50%。
所以,磷酸鐵鋰電池的全線反超不是一句空口號,而是正慢慢轉(zhuǎn)為現(xiàn)實(shí),值得深入研究。
華爾街見聞·見智研究認(rèn)為,總結(jié)來看磷酸鐵鋰電池發(fā)展的三個(gè)階段,其實(shí)基本上也映射出了我國整個(gè)新能源汽車行業(yè)發(fā)展的三個(gè)階段,值得深入分析研究:
初始階段
2009年,我國正式啟動(dòng)了“十城千輛節(jié)能與新能源汽車示范推廣應(yīng)用工程”,通過補(bǔ)貼的形式進(jìn)行每年10座城,1000輛新能源車的政策推動(dòng),也就此開啟了新能源汽車的發(fā)展元年。
由于初期新能源汽車的補(bǔ)貼更多偏向于商用車,所以2009年到2016年這段時(shí)間,磷酸鐵鋰電池由于相對于三元電池,有著成本低、安全性高、循環(huán)壽命長的優(yōu)點(diǎn),所以產(chǎn)量、裝車量方面占據(jù)都超55%以上的份額,可以說磷酸鐵鋰電池是我國新能源汽車動(dòng)力電池的首選,同樣這也是磷酸鐵鋰電池較為輝煌的7年。
補(bǔ)貼階段
隨著新能源汽車的逐漸發(fā)展,國家的補(bǔ)貼政策的重心也從最開始的商用車轉(zhuǎn)為乘用車,自2017年開始,新能源汽車補(bǔ)貼按照能量密度進(jìn)行差異化補(bǔ)貼,能量密度高于120wh/kg的按照1.1倍補(bǔ)貼,所以續(xù)航能力成為了主要的考量目標(biāo)。
2017年國家的補(bǔ)貼政策要求配套了高能量密度的動(dòng)力電池的汽車才能獲得較高的補(bǔ)貼,這也使得各大動(dòng)力電池廠商全面轉(zhuǎn)向雖然安全性能略差,但是能量密度方面優(yōu)勢極大的三元鋰電池,磷酸鐵鋰電池的市場份額也因此一度跌到30%以下。尤其是在2019年,補(bǔ)貼退坡前的最后一年,磷酸鐵鋰電池的裝機(jī)量增速甚至轉(zhuǎn)負(fù)(-10%)。2017年到2020年這4年是三元鋰電池全方位超越磷酸鐵鋰電池的階段,各大電池廠商除了比亞迪基本上在大力發(fā)展三元鋰電池。
市場階段
2020年以來,由于國家的新能源汽車補(bǔ)貼大幅度退坡,并將在2022年結(jié)束后實(shí)現(xiàn)全面退出,這也使得車企不在受限于補(bǔ)貼因素,而是完全轉(zhuǎn)為市場化競爭,能夠更全面的去思考動(dòng)力電池的選擇。
磷酸鐵鋰電池相較三元鋰電池在成本上有不小的優(yōu)勢,尤其是在新能源汽車補(bǔ)貼全面退坡后,這種優(yōu)勢就更加明顯,兩者在鋰資源的使用上上并無區(qū)別,但是三元鋰電池要使用價(jià)格高昂的鎳、鈷,而磷酸鐵鋰電池則使用價(jià)格較低的磷,2020年中下旬開始,終端的需求逐漸增加,鎳鈷鋰的價(jià)格也隨之出現(xiàn)上揚(yáng),其中鋰除外,鎳鈷與磷的價(jià)差愈發(fā)明顯,使得車企和電池廠商也逐漸將目光轉(zhuǎn)向磷酸鐵鋰電池。
2020年以后不僅出現(xiàn)了宏光Mini EV這樣的現(xiàn)象級產(chǎn)品,此前主打三元鋰電池的特斯拉7月上線的Model Y標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航版、小鵬P7后驅(qū)標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航車型和G3i車型等在降價(jià)的同時(shí)都采用了磷酸鐵鋰電池;
電池廠商方面,動(dòng)力電池巨頭LG新能源,韓國SKI的子公司SK On,都在考慮進(jìn)軍磷酸鐵鋰電池業(yè)務(wù),此前不管是LG新能源還是SK On都是主要制造三元、四元鋰電池等產(chǎn)品,并未研究磷酸鐵鋰電池,這兩家公司的整體市場占比在全球排名都是TOP5,韓國市場排名TOP3。至此,全球前五(寧德時(shí)代、LG新能源、松下、比亞迪、SKI)的動(dòng)力電池企業(yè)中,僅松下未宣布進(jìn)軍磷酸鐵鋰電池。
磷酸鐵鋰電池的三種升級模式
磷酸鐵鋰電池在海外并未有如同我國三階段一樣的發(fā)展歷程,不管是電動(dòng)車的動(dòng)力電池還是儲(chǔ)能領(lǐng)域的儲(chǔ)能電池,三元鋰電池都持續(xù)占據(jù)著主導(dǎo)地位。
華爾街見聞·見智研究認(rèn)為,這種傾向性也使得海外磷酸鐵鋰電池發(fā)展程度無論是產(chǎn)能規(guī)模還是技術(shù)水平都不及我國,這一點(diǎn)不僅從海外電池廠商如LG新能源等自2021年年底才開始進(jìn)行較大規(guī)模磷酸鐵鋰電池的產(chǎn)能擴(kuò)張上有所表現(xiàn),也可以從我國電池廠商在磷酸鐵鋰電池三種升級模式上得到體現(xiàn):
工藝改良
磷酸鐵鋰電池本身經(jīng)過我國電池廠商多年的研究,其實(shí)不管是能量密度還是其他性能方面基本上都做到了極致,技術(shù)方面的提升空間真的是極其有限。華爾街見聞·見智研究認(rèn)為,針對傳統(tǒng)磷酸鐵鋰電池本身,目前最有效也是最成熟的升級方式是在工藝上進(jìn)行升級,這一方式無論是寧德時(shí)代還是比亞迪都有了嘗試并且獲得了成果。
寧德時(shí)代的兩代CTP(Cell to Pack)、CTC(Cell to Chassis)技術(shù)和比亞迪的刀片電池等都是在對磷酸鐵鋰電池本身的電芯或者Pack結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善以便在能量密度、耐低溫等方面取得進(jìn)展,但這僅是在工藝上進(jìn)行革新來合理利用內(nèi)部空間,如去掉模組和多余的結(jié)構(gòu)件,或者直接將電池集成到底盤中去,從而成為車架的一部分,這樣電池里空間騰了出來以便增加更多的活性物質(zhì),最后的結(jié)果是電池的單體能量密度變化不大,但是整體的系統(tǒng)能量密度有了提升。
磷酸錳鐵鋰電池
前文提到傳統(tǒng)磷酸鐵鋰電池僅能通過工藝改善,而工藝的改善雖然的確使傳統(tǒng)磷酸鐵鋰電池有所改善,但是真正意義上的傳統(tǒng)磷酸鐵鋰電池的技術(shù)突破應(yīng)該還是磷酸錳鐵鋰電池。磷酸錳鐵鋰和磷酸鐵鋰有著相同的結(jié)構(gòu),均為有序的橄欖石結(jié)構(gòu),因此在安全性能和穩(wěn)定性方面是能夠媲美磷酸鐵鋰的;但是在能量密度這個(gè)重要性能方面,磷酸酶鐵鋰電池卻有著更高的性能。
電池的能量密度是由正極材料的克容量、壓實(shí)密度和電壓平臺(tái)三個(gè)因素決定,目前磷酸鐵鋰在前兩者方面已經(jīng)做到極限(克容量已達(dá)到170mAh/),所以電壓平臺(tái)的改善將會(huì)是增加磷酸鐵鋰能量密度的有力因素。由于磷酸錳鋰的電壓可達(dá)4.1V,高于磷酸鐵鋰的3.4V,因此目前其能量密度比磷酸鐵鋰高出10-20%,已經(jīng)跟普通三元5系電池接近,但比高鎳三元容量還是要低不少。
而且磷酸錳鐵鋰電池畢竟是從磷酸鐵鋰電池體系進(jìn)行改善,材料方面和設(shè)備方面都變化不大,材料方面并未增加價(jià)格高昂的鎳、鈷等資源,而是使用了價(jià)格較低且存量較為豐富的錳,所以材料成本上只比磷酸鐵鋰高5-6%;而設(shè)備方面煅燒工藝、粉碎研磨、前驅(qū)體制備等也變化不大,所以設(shè)備也無更新。
但是值得一提的是,由于加入了錳元素,導(dǎo)致磷酸錳鐵鋰循的環(huán)次數(shù)相比磷酸鐵鋰電池低上不少,目前單體循環(huán)次數(shù)僅2000周,所以不適合用在對能量密度要求不高,但是對成本和循環(huán)壽命敏感的儲(chǔ)能領(lǐng)域里。
電池混搭技術(shù)
最后,華爾街見聞·見智研究認(rèn)為,不應(yīng)該單獨(dú)的把磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池對立起來看。
目前,電池混搭技術(shù)或也是磷酸鐵鋰電池升級的方式之一,而且會(huì)對三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池都有增益效果。像蔚來提出的三元鐵鋰電池就是將三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池進(jìn)行混搭,根據(jù)合理搭配將三元鋰電池放在磷酸鐵鋰電池的四周作為整體保溫和SoC算法校準(zhǔn)的作用。
其三元鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包能將低溫續(xù)航損失降低25%,實(shí)現(xiàn)整包低溫性能提升,同時(shí)相比原三元鋰70kWh電池包,三元鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航電池包(75kWh)做到了同體系能量密度提升14%,也使得ES6,ES8等各款汽車的續(xù)航里程相應(yīng)的增加了30-35KM。當(dāng)然缺點(diǎn)也是有的,這種混搭式的電池包相比此前的統(tǒng)一規(guī)格的電池包在重量方面有所增加。
原標(biāo)題:磷酸鐵鋰電池有持續(xù)爆發(fā)的能力嗎?2022年鎖定這三大技術(shù)突破