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新能源车的后锂电技术变革
汽车外参
2021-10-22 发布在
汽车出行
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作为连接发电侧和用电侧的关键结点,锂电已经成为了新能源行业的重要支点。在能源行业大变革的背景下,锂电行业已经成为全球重要领域,也是我国能源转型的重要战略方向。而新能源车作为重要的锂电应用领域,也一直伴随着行业的变革而不时演化出新的电池技术。


实际上,从已经较为成熟的铅酸电池、镍氢电池,再到当前的锂电池,未来的固态电池等等,电池领域的技术变革在悄无声息中已经迭代了好多代。但要论起至今为止变化最大的,则要数最近十年的三次技术路线更迭了。


(配图来自Canva可画)


三次技术路线更迭


就目前来说,全球范围内的电池路线主要有两个,一个是磷酸铁锂电池技术路线,另一个则是三元锂电池技术路线。前者的特点是工艺成熟、原材料成本低,循环寿命更长,但短板是能量密度低、续航低。而后者恰好相反,成本高、安全性稍差,但最大优势是能量密度大,续航时间长。两种互有短长的技术路线,在过去10年中出现了多次博弈,而依据时间的不同可以具体将其分为三个阶段。


第一阶段,是行业起步期两条路线并行发展的阶段(2009-2016年)。为了扶持国内新能源汽车产业的发展,国家从2009年起拿出真金白银补贴市场推动行业发展。作为占据新能源汽车40%成本的动力电池,自然成为了重点补贴对象,在这一阶段国家对磷酸铁锂电池和三元锂电池都进行了重点扶持,因此磷酸铁锂电池和三元电池都有了大幅进步,出货量大幅提高。


第二阶段,是政策鼓励三元电池发展的阶段(2017-2019年)。2016年12月,国家采用精准扶持政策,首次将电池系统能量密度纳入考核标准,高能量密度、长续航历程成了补贴重点。在这一阶段,能量密度更高的三元锂电池日益受到市场青睐,磷酸铁锂电池暂时受到影响。


第三阶段,市场推动两条路线进入发展新阶段(2019-2021年)。随着2019年国家补贴的大幅度退坡,三元锂电池的高成本劣势日益凸显。与此同时,更具性价比的磷酸铁锂电池重回大众视野,从中低端车、储能电池市场向上渗透,三元电池则主要占据高端车市场和消费电子市场。


技术变动背后的内在动因


而在历次技术路线变动背后,无论是政策的刻意引导还是市场的自然导向,最终都指向了事关行业未来发展的成本与效率、续航与安全性的取舍之中。


拿政策方面来说,除了行业起步阶段的“大水漫灌”之外,第二、三阶段的政策,都对产业有着明确的引导作用。比如,在第二阶段国家趋向高能量密度的车企,从而造就了三元锂电池的强势崛起;而随着国家补贴的退坡,磷酸铁锂电池技术的成本优势开始凸显了出来,磷酸铁锂也因此重新崛起,而这其中成本是核心考量。


除了成本因素之外,电池安全也是磷酸铁锂得势、三元锂电池失势的核心原因。由于三元锂电池中的钴酸锂在高温或者过充的情况下,会因为结构不稳定形成结构崩塌过热或者产生强氧化性物质,在外部撞击的情况下产生爆炸或者自燃,这也是特斯拉、蔚来等采用三元锂电池技术的车企,之前一再起火的根本原因。


相比之下,磷酸铁锂晶体中的P-O键稳固且难以分解,这使其在390℃以上高温的情况下仍能够保持稳定性,这使其不会因为过充、温度过高、短路或者撞击而产生爆炸,从而保持极高的稳定性。


两者在成本与性能方面的差异,在新能源汽车加速普及的大潮下被进一步放大。一方面,随着今年以来国内新能源车加速流进市场,如何有效地降低动力电池成本,就成为了越来越多车企的当务之急。在这种情况下,以随处可见的金属铁作为元素的磷酸铁锂,显然比稀缺的金属钴更能够适应汽车这种大规模工业品的市场发展需要。


另一方面,在新能源车加速普及的背景下,国家对新能源车的汽车安全关注日益提上日程,监管也随之趋严。无论是前不久引发舆论关注的特斯拉车主事件,还是随后发生的蔚来车起火失控问题,都反映了舆论对于新能源车安全的关注度越来越高,而国家频繁约谈新能源车企也反映了监管层的担忧。在此背景下,性能更稳定、安全性更佳的磷酸铁锂电池日益受到了市场的青睐。


狂飙突进的磷酸铁锂


在目前动力电池行业核心的玩家中,比亚迪汽车选择全部产能规划磷酸铁锂电池,宁德时代也将大部分产能规划为磷酸铁锂。从目前整个新能源车市的趋势来看,磷酸铁锂电池市占率提升、产能扩充已经是可以确定的事情了。


据相关行业统计数据显示,进入2021年以来,磷酸铁锂已经先后在5月、7月,分别在装车量和产量上超越了三元锂电池。而在这些数据背后,正是作为平民价位的新能源汽车,开始进入快速增长的阶段,这在特斯拉、大众等众多车企公开的表述中可以窥见端倪。


早年主打高端新能源车的特斯拉,其一开始采用的是三元锂电池路线,而随着model 3 和model Y等平价车的逐渐推出,马斯卡开始公开宣布新降价的新车,将会全面采用磷酸铁锂电池。之所以选择做如此大的调整,是因为马斯克早已经尝到了磷酸铁锂电池给其带来的甜头。


特斯拉国产Model Y标准续航版,采用磷酸铁锂电池后,续航里程仅较长续航版和高性能版缩短60公里,而价格却下降了7万元-10万元;从一开始就All in磷酸铁锂电池的比亚迪汽车,通过改进工艺(刀片电池),使磷酸铁锂电池能量利用效率得到了进一步提升,从而使其在续航方面的短板进一步缩小,而全系采用磷酸铁锂电池的比亚迪汽车销量也非常不错,这也代表了消费市场对磷酸铁锂电池技术的认可,这也因此而带动了更多厂商采用磷酸铁锂技术。


目前小鹏汽车对外宣布,其主力车型小鹏G3和P7都已经推出了磷酸铁锂电池版本,相关车型交付正在迅速增加,其中截止二季度财报相关车型的交付量,已经占到了各自交付总量的20%以上,预计未来这一比例还将继续增大。


除此之外,新红旗E_QH5、上汽奥迪Q5 e_tron等车型,也将采用磷酸铁锂电池技术,另外大众也在日前宣布其未来主推的车型将采用磷酸铁锂电池技术。随着众多厂商纷纷入局磷酸铁锂电池,磷酸铁锂的行业热度也再次升温。


新展望与新选择


不过,从行业来看磷酸铁锂电池虽然因为优势很多而广受各方青睐,但磷酸铁锂却并非没有弱点。


首先,是不够轻量化。从行业来看,目前正极材料有很多路线,包括中低镍三元、高镍三元、铁锂等,但目前增长最快的还是高镍三元材料和磷酸铁锂,而这两种路线又各有优劣。前者的问题还是成本问题,而后者的问题则在于自身比较笨重,不够轻量化,在欧洲等环保条件苛刻的国家,对汽车质量过重引发的碳排量增加一直抱以警惕态度。


其次,是不耐低温。虽然磷酸铁锂耐高温,但是其在低温环境下其会受到比较明显的影响,而高镍三元则能够很好地耐受低温的影响。


由于磷酸铁锂与高镍三元在性能方面的不同差异,决定了高镍三元与磷酸铁锂有着不同的适用条件。比如,目前国内外有高端电动车梦想的车企,如国外的宝马、奔驰、奥迪,以及国内的蔚来、小鹏等,都有高镍三元的车型,蔚来还试图推出三元铁锂的复合型车来达到一种平衡,不过目前后者还只是在尝试中。


因此,从长远角度来看,三元锂电池与磷酸铁锂电池并存的局面,仍将会在很长一段时间内继续保持。

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