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铁锂or三元 新能源车再起电池路线之争

   日期:2020-10-27     来源:爱卡汽车    浏览:1035    评论:0    
19世纪80年代,围绕着是使用直流电还是交流电,天才发明家爱迪生和天才工程师特斯拉开启了一场“交直技术之战”。一百多年后的现在,同样是与电有关,围绕着动力电池,新能源巨头们再次押宝不同技术路线。特斯拉的“高镍无钴”4680无极耳电池、宁德时代永不着火的811三元锂电池,比亚迪达到140Wh/kg能量密度的磷酸铁锂刀片电池......对于新能源汽车行业而言,一场不见硝烟的技术路线之争正摆在眼前。

动力电池再起路线之争

关注汽车行业的都知道,在新能源汽车产业中,动力电池一直存在着路线之争。成本低、材料结构稳定、安全性更高的磷酸铁锂电池,在能量密度、充放电功率以及体积上表现较差;能量密度更高、体积更小的三元锂电池,成本高昂同时还在安全性上则有所欠缺,甚至当下大部分因为电池引发自燃的电动车使用的都是三元锂电池。

由于彼此存在的优劣,在过去几年里,新能源动力电池领域中,磷酸铁锂电池和三元锂电池的路线之争从未停歇。但基于新能源补贴对续航的限制以及消费市场对续航的需求,从2017年开始大多数新能源电动车企业开始从磷酸铁锂电池转成三元锂电池。然而伴随着新能源补贴的退坡,三元锂电池高昂的成本问题再次暴露出来。

与磷酸铁锂电池不同,三元锂电池的主要原材料为镍、钴、锰。其中,以钴金属的成本最高。公开数据显示,伴随着世界范围内电动汽车销量的增加,新能源汽车企业对钴的需求量与日俱增,钴的价格持续攀升,并在2018年达到9.5万美元/吨高点。尽管后来钴金属的价格有所下滑,但仍保持在一个较高的水平。截至发稿前,钴金属最新市场售价为4.06万美元/吨。而不是用钴的磷酸铁锂电池,据业内人士透露,成本只有三元锂电池的一半左右。

一方面是居高不下的钴金属价格,另一方面则是持续退坡的新能源汽车补贴。对于使用三元锂电池的企业而言,未来国家财政补贴对新能源产品成本的影响作用将越来越小,而钴已经成为限制新能源汽车成本降低的主要因素。

“铁锂”“三元”摇摆不定

如何降低对钴的依赖性成为新能源汽车控制整个成本链的关键。今年3月,比亚迪带来了最新的解决方案——磷酸铁锂刀片电池。相比此前的磷酸铁锂,比亚迪最新研发的刀片电池在能量密度、安全以及成本上都进一步实现了突破。数据显示,比亚迪第一代刀片电池能量密度已经比传统铁电池提升了50%,达到140Wh/kg,体积能量密度达到230Wh/L,成本同时还下降30%。在续航方面,搭载刀片电池的比亚迪汉NEDC续航达605km。而在未来,据比亚迪深圳开发中心副总监鲁志佩透露,“刀片电池2025年或将实现能量密度180Wh/kg,体积能量密度达到300Wh/L,续航也将进一步增加。”

从这一数据来看,以刀片电池为代表的磷酸铁锂电池已经解决了此前能量密度不足的问题。但值得注意的是,这并不意味着磷酸铁锂占据了绝对优势。“从能量密度等方面看,磷酸铁锂电池始终有其局限性,要达到200Wh/kg已非常难,而三元锂可以轻松突破300Wh/kg以上。从安全方面而言,当前磷酸铁锂电池比相对活跃的三元锂电池安全些,但通过材料、工艺、设计等方面的努力,三元锂电池的安全性也可提升。”一位来自动力电池研究院的专业人士向爱卡表示,“磷酸铁锂电池在短期内依然占有成本优势,但从长期来看,随着三元锂电池的技术和规模加速发展,未来具体如何谁也无法断定。”

宁德时代的最新产品也佐证了这一观点。以宁德时代的811电池为例,经过对正极材料、电解液、电池包强度、散热系统等多个方面的提升以及优化,电池安全问题已经得到了极大的改善。10月16日,宁德时代董事长曾毓群还在“第五届动力电池应用国际峰会”上直接表示:“宁德时代设计开发的811三元电池系统,可轻松通过热扩散测试,时间不是5分钟,而是永远不起火。”但解决了安全问题的宁德时代NCM811电池依旧未能解决高昂的钴成本问题。

在这样的背景下,如何押宝技术路线无疑是一件十分具有挑战性的事。过去的一段时间里,特斯拉从松下、LG化学供应的三元锂电池换成了宁德时代的磷酸铁锂电池;哪吒N01同时使用比克动力的三元锂电池和宁德时代的磷酸铁锂电池;广汽蔚来合创007搭载的则是宁德时代的NCM811三元锂电池。刀片电池出来后,外界又有消息传出几乎所有汽车品牌都和比亚迪进行了合作的接触,其中包括戴姆勒、福特等。显然,有所突破但都未能解决根本问题的磷酸铁锂和三元锂电池令一众车企也陷入了两难的境地。

“高镍无钴”、石墨烯、氢燃料或后来居上

新能源汽车要从燃油车口中夺食,势必要加快降低电池成本,同时也要保证续航里程和电池能量密度。在依赖大型动力电池厂商解决这一问题之外,也有车企决心自己来打破这一僵局。素有“新能源产业风向标”之称的特斯拉,在9月22号的超级电池日发布会上带来了自己的解决方案——4680无极耳电池。相比于现款电池,在无极耳技术的加持下,4680电池有更低的内阻,更低的发热量,能量容量提升了5倍,车辆续航也会提升16%。此外最重要的是,4680无极耳电池“高镍无钴”,成本可下降12%。

为了这一电池的量产,特斯拉开始全球疯狂扫矿,印尼、加拿大等多地传出与特斯拉合作的消息。但特斯拉无法回避的一个问题是,新电池的高能量密度仍然建立在三元电池的基础之上。在此之前,特斯拉的自燃新闻早已屡见不鲜,三元电池的安全性也被大众诟病已久。而在新电池中去掉的钴,恰恰就是在传统三元电池中提升稳定性、延长电池寿命的重要元素。动力电池的安全问题是否会因此加剧,恐怕将成为悬在特斯拉头上的达摩克利斯之剑。

事实上,在传统的三元电池和磷酸铁锂电池之外,也有企业采用完全不同的技术路线,比如广汽的石墨烯电池。作为“新材料之王”,石墨烯被科学家预言将“彻底改变21世纪”。数据显示,广汽研发的石墨烯“超级快充电池”仅需8分钟就可以将电池充电至85%,充电时间与传统燃油车的加油时间相当,最快在今年底,石墨烯电池量产研发工作就将从实验室走向实车。但同样地,价格可以媲美黄金的石墨烯材料,同样存在着成本问题,是否能从实验室走向商业化还有待商榷。

比石墨烯先走出实验室的氢燃料电池,尽管排放0污染,续航里程高,但丰田早在2014年就推出的氢燃料电池量产车,几年下来累计销量也不过1万辆左右。除了氢燃料运输以及氢站基础设施建设等难题外,氢燃料电池同样面临着成本问题,其所使用的铂金催化剂存在着产量低和价格贵两大问题。目前,丰田一直努力降低铂金的含量以及寻找新材料来替代。

从这些可以看出,当下的动力电池之争主要是三元和磷酸铁锂之间,但未来并不一定会局限于此。虽然石墨烯、氢燃料等电池商业化还有较长的路要走,但新技术、新材料的层出不穷,或将在不经意间就改变现有电池市场格局。对于企业而言,这种复杂的局面无疑也加大了市场竞争的难度。押宝三元、押宝铁锂甚至押宝燃料电池,都只能赢在某一个当下,而无法一劳永逸。未来,新能源汽车市场的电池技术路线之争,或将还有很长一段时间的较量。

 
 

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