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換個(gè)角度看電池路線(xiàn)之爭

換個(gè)角度看電池路線(xiàn)之爭

  • 分類(lèi):行業(yè)資訊
  • 作者:
  • 來(lái)源:真理研究
  • 發(fā)布時(shí)間:2019-07-02
  • 訪(fǎng)問(wèn)量:17

【概要描述】2019年7月新能源汽車(chē)動(dòng)力電池實(shí)現鋰電裝機4.9GWh,環(huán)比下滑25%,同比增加34%,具體來(lái)看,本月鐵鋰電池裝機反超三元,環(huán)比增加59%,占比一躍至52%,再次占據半壁江山。

換個(gè)角度看電池路線(xiàn)之爭

【概要描述】2019年7月新能源汽車(chē)動(dòng)力電池實(shí)現鋰電裝機4.9GWh,環(huán)比下滑25%,同比增加34%,具體來(lái)看,本月鐵鋰電池裝機反超三元,環(huán)比增加59%,占比一躍至52%,再次占據半壁江山。

  • 分類(lèi):行業(yè)資訊
  • 作者:
  • 來(lái)源:真理研究
  • 發(fā)布時(shí)間:2019-07-02
  • 訪(fǎng)問(wèn)量:17
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  2019年7月新能源汽車(chē)動(dòng)力電池實(shí)現鋰電裝機4.9GWh,環(huán)比下滑25%,同比增加34%,具體來(lái)看,本月鐵鋰電池裝機反超三元,環(huán)比增加59%,占比一躍至52%,再次占據半壁江山。在新能源汽車(chē)行情低迷情況下,LFP電池為何會(huì )逆勢回升?其實(shí)鐵鋰電池的市場(chǎng)一直存在,需求仍在增長(cháng),而且鐵鋰電池廠(chǎng)家的技術(shù)升級從未停止,更重要的是,磷酸鐵鋰電池的高安全、低成本和長(cháng)壽命特征仍是其他類(lèi)型電池努力追趕的目標。如果我們回歸人類(lèi)對于能源和交通的需求的本質(zhì)來(lái)看待電池的路線(xiàn)之爭,可能觀(guān)點(diǎn)會(huì )有所不同。

 

人類(lèi)文明時(shí)代電池路線(xiàn)之爭該何去何從

  當下的文明多半是建立在能源消耗基礎之上的,石油資源面臨枯竭,即使勘探技術(shù)的進(jìn)步能夠幫助人類(lèi)發(fā)現一些新的化石能源,但這畢竟有限,對于迅速增長(cháng)的能源需求來(lái)說(shuō),這只是滄海一粟。而人類(lèi)的未來(lái)很可能取決于我們能否盡快擺脫化石燃料帶來(lái)的污染以及日益減少的供應能力?;诃h(huán)境和能源兩大因素,可以認為全球新能源改革的浪潮已經(jīng)到來(lái)。

  能源和交通是現代人類(lèi)文明發(fā)展的兩大基石,而能將二者完美結合起來(lái)的紐帶就是新能源汽車(chē)及其車(chē)載動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)。新能源汽車(chē)作為很有前途的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè),若想與傳統燃油車(chē)分庭抗禮乃至取而代之,僅靠政策的出臺以及民眾意識的轉變恐怕是沒(méi)有支撐力的,此刻電池技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步顯的尤為重要。在現有的二次電池技術(shù)中,能量密度相對較高、綜合性能表現最佳的鋰離子電池是不二之選。

  如同電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展路線(xiàn)之爭一樣,在2006年前后磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)興起的那一刻開(kāi)始,車(chē)載動(dòng)力電池是走錳鋰路線(xiàn)還是鐵鋰路線(xiàn),乃至今日是走三元路線(xiàn)還是鐵鋰路線(xiàn),這樣的爭論就一直未曾停歇。從理論角度看,各有各的優(yōu)勢,也各有各的劣勢,難分伯仲。而當下動(dòng)力電池呈現出多技術(shù)路線(xiàn)共同發(fā)展的趨勢,主要圍繞著(zhù)鐵鋰、三元、錳鋰三種材料,各自在各自的應用領(lǐng)域風(fēng)生水起,占據一定的市場(chǎng)份額,但相較而言,新能源汽車(chē)領(lǐng)域三元電池更占據主導地位。

 

換個(gè)角度看電池路線(xiàn)之爭

 

  而隨著(zhù)儲能市場(chǎng)的興起,發(fā)展前景無(wú)限的儲能市場(chǎng)逐漸成為鐵鋰電池未來(lái)的“風(fēng)口”。鐵鋰電池由于超長(cháng)壽命、安全可靠、成本低、自燃概率低、相較三元更加耐熱等特點(diǎn),在儲能市場(chǎng)已經(jīng)獲得通行證。未來(lái)儲能市場(chǎng)可以用萬(wàn)億元的產(chǎn)值來(lái)衡量,向儲能領(lǐng)域轉移,將會(huì )延長(cháng)鐵鋰電池的價(jià)值鏈條,推動(dòng)全新商業(yè)模式的建立。

  那么,最終該選擇哪種電池技術(shù)路線(xiàn)?就當下新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)增速放緩、儲能市場(chǎng)仍處于產(chǎn)業(yè)孕育期來(lái)看,路線(xiàn)之爭花落誰(shuí)家還尚未可知,但毫無(wú)疑問(wèn),人類(lèi)需要的是更安全、更環(huán)保、更節約能源的電池產(chǎn)品,這就意味著(zhù)電池企業(yè)需要與上下游配套企業(yè)相結合,從成本、安全、可靠、性能等多個(gè)維度去分析,從而選擇出一個(gè)最佳的電池技術(shù)路線(xiàn)。

  真鋰研究認為,未來(lái)幾年,對循環(huán)壽命、安全性要求更高的儲能市場(chǎng)、公交車(chē)市場(chǎng)以及對價(jià)格較為敏感的低端乘用車(chē)市場(chǎng)將是鐵鋰電池發(fā)展的重要舞臺,而對能量密度、功率特性要求更高的中、高端乘用車(chē)市場(chǎng)將由三元電池主導。相信,隨著(zhù)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的持續發(fā)展以及儲能市場(chǎng)的爆發(fā),鐵鋰電池和三元電池或將是互為補充、相輔相成的關(guān)系。

  其實(shí)現在對電池路線(xiàn)下結論還為時(shí)尚早,當下首要思考的關(guān)鍵問(wèn)題是電池到底能不能滿(mǎn)足產(chǎn)品需求。2019年1-7月鐵鋰電池回潮信號不斷釋放,表現亮眼,江淮、奇瑞、北汽新能源等車(chē)企紛紛向鐵鋰電池拋出“橄欖枝”,前景無(wú)限的儲能市場(chǎng)鐵鋰電池開(kāi)始發(fā)力,這都指向鐵鋰電池將再次迎來(lái)春天,究竟鐵鋰電池能不能滿(mǎn)足產(chǎn)品的需求?下文我們將多維度對鐵鋰電池優(yōu)劣勢進(jìn)行分析。

 

鐵鋰技術(shù)升級從未停止

  鐵鋰電池唯一的短板是能量密度低,業(yè)內普遍認為單體180Wh/kg的能量密度是磷酸鐵鋰電池的“天花板”。根據真鋰研究鋰電裝機數據庫分析,2019年量產(chǎn)的鐵鋰電池單體能量密度年均水平在165Wh/kg左右,而一些優(yōu)秀的電池廠(chǎng)家已經(jīng)可以做到180-190Wh/kg的水平。相比于前年的142Wh/kg以及去年的158Wh/kg,三年時(shí)間內,電池企業(yè)在鐵鋰電芯能量密度提升上可謂苦心造詣,年年都有“量”的突破,今年索性實(shí)現“質(zhì)”的飛躍。

 

換個(gè)角度看電池路線(xiàn)之爭

 

  作為鐵鋰電池的代表企業(yè),國軒高科在產(chǎn)品端交出了亮眼答卷,成功打破這一“天花板”,其開(kāi)發(fā)的圓柱鐵鋰電芯能量密度可達到190Wh/kg,該產(chǎn)品已在江淮iEV7L上裝車(chē)使用,成組后電池包能量密度接近三元622電池同等水平。然而國軒高科看似并未滿(mǎn)足當前成績(jì),還計劃進(jìn)一步提高鐵鋰電池的電芯能量密度,預計突破200Wh/kg。如果鐵鋰電池能夠破除能量密度這一短板,鐵鋰電池的前景便是一馬平川。

 

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  相對三元電池來(lái)說(shuō),鐵鋰電池在電芯能量密度上不占優(yōu)勢,但由于鐵鋰自身材料穩定優(yōu)勢及電池包結構開(kāi)發(fā)技術(shù)不斷升級優(yōu)化,鐵鋰電池系統能量密度平均水平與三元電池沒(méi)有明顯差距,并且仍在不斷加碼提升。據悉,國軒高科計劃將鐵鋰單體能量密度提高到200Wh/kg時(shí),系統能量密度可以提升到160Wh/kg,這貌似又是一個(gè)“質(zhì)”的突破。

 

換個(gè)角度看電池路線(xiàn)之爭

 

  目前主流電池企業(yè)鐵鋰電池成組效率基本都已經(jīng)可以達到85%的水平,但是三元電池成組效率只能做到70%水平,二者電池包結構開(kāi)發(fā)技術(shù)還是存在一定差距。

 

鐵鋰降成本更顯成效

  其實(shí)無(wú)論今后是發(fā)展哪一種技術(shù)路線(xiàn),首先都需要考慮如何實(shí)現快速降成本問(wèn)題。由于技術(shù)進(jìn)步以及原材料降價(jià),我國動(dòng)力電池成本確實(shí)得到進(jìn)一步下降。

  (1) 原料端實(shí)現電芯降成本

  鐵鋰電池正極原料中除了碳酸鋰價(jià)格相對較高以外,其他原料都相對便宜很多,而三元電池中的鎳、鈷原料價(jià)格相對較貴。當前鐵鋰正極價(jià)格為4.65萬(wàn)元/噸,而三元523正極價(jià)格為13萬(wàn)元/噸,約是鐵鋰正極材料價(jià)格的3倍。此外,根據圖表5、6,真鋰研究計算得知,鐵鋰電池系統中正極材料僅占成本的14%,而三元電池系統中正極材料僅占成本的27%,昂貴的鈷價(jià)和鎳價(jià)抵消了三元電池能量密度優(yōu)勢。目前鐵鋰電池系統成本已降至0.7元/Wh,三元電池系統成本在0.9元/Wh左右徘徊。

 

換個(gè)角度看電池路線(xiàn)之爭

 

換個(gè)角度看電池路線(xiàn)之爭

 

  (2) 自供原材料實(shí)現電芯降成本

  在動(dòng)力電池成本結構中,四大材料總成本占比接近40%。材料的性能和價(jià)格直接決定了鋰電池的性能和價(jià)格。根據圖表7、8,真鋰研究測算,自供原材料的電池企業(yè)其四大原料合計成本價(jià)格比外購原料的電池企業(yè)價(jià)格低20%,電池毛利率高10%。

  不同于單純做材料或者做電芯的企業(yè),自主研發(fā)材料的電芯企業(yè),需要對材料有更深的認識,一旦材料在電芯端應用出現任何問(wèn)題,需要快速在前端做出適當調整,通過(guò)這種材料和電芯端的不斷反復磨合,最終實(shí)現材料和電芯的最佳匹配,同時(shí)也可以促進(jìn)材料開(kāi)發(fā)水平的進(jìn)步。

  在降成本領(lǐng)域,國軒高科深諳其道,早早地在材料端做起了文章,“不許外購”的“鐵律”使得國軒高科占得市場(chǎng)先機,掌控了材料端的話(huà)語(yǔ)權。國軒高科在電池的正極材料、負極材料、隔膜和電解液等原材料端,均已形成較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈布局,其領(lǐng)先于同行業(yè)的材料技術(shù)優(yōu)勢和全產(chǎn)業(yè)鏈布局優(yōu)勢極大地減輕了成本壓力。

 

換個(gè)角度看電池路線(xiàn)之爭

 

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  (3) 提升容量減少輔材降成本

  通過(guò)使用大容量電芯,以節省外殼輔助材料成本。根據測算,特斯拉Model3采用的全新21700電池,相比18650電池在外觀(guān)上變長(cháng)變粗,減少了10%左右的組件和重量,單體電池容量提升約35%,能量密度提高20%,電池系統成本降低約9%,售價(jià)降低約8%。

  (4) 電池包設計一體化降成本

  采取電池包和整車(chē)底盤(pán)一體化設計,即將部分電池包的承重轉移到底盤(pán)上,從而實(shí)現輕量化,且能夠實(shí)現電池組較大幅度降本。目前特斯拉與大眾已經(jīng)跳過(guò)PACK“T字、工字型、土字型和田字”架構,積極推進(jìn)電動(dòng)底盤(pán)一體化。

  (5) 全生命周期梯次利用降成本

  長(cháng)壽命性能給退役的動(dòng)力鐵鋰電池帶來(lái)新的價(jià)值。鐵鋰電池退役后,可以進(jìn)入梯次利用市場(chǎng),例如鐵塔基站,分布式儲能等領(lǐng)域,從而進(jìn)一步降低鐵鋰電池全生命周期成本,使得鐵鋰技術(shù)路線(xiàn)更具成本優(yōu)勢。

 

鐵鋰循環(huán)壽命超長(cháng)

  電池壽命就是電池在多次完全充放電后的電量衰減,一般電動(dòng)車(chē)電池充滿(mǎn)后衰減到原有80%電量就代表電池該換了。

  鐵鋰電池完全充放電循環(huán)次數大于3500次后電量才會(huì )衰減到原有的80%,按照一天充放電一次計算,也就是說(shuō)鐵鋰電池使用壽命可長(cháng)達十年左右,這意味著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)在整個(gè)生命周期內,用戶(hù)基本不需要更換電池。但三元電池比鐵鋰電池壽命要短一些,完全充放電循環(huán)大于2000次就會(huì )衰減到原有的80%,其使用壽命僅有6年,當然通過(guò)電池管理和車(chē)輛電控系統也可以稍微延長(cháng)一點(diǎn)電池壽命,但是也只能是稍加延緩,兩者壽命之間的差距可見(jiàn)一斑。

 

換個(gè)角度看電池路線(xiàn)之爭

 

鐵鋰安全性有保障

  三元技術(shù)路線(xiàn)和鐵鋰技術(shù)路線(xiàn)本質(zhì)區別在于電芯所選用的正極材料不同。鐵鋰技術(shù)路線(xiàn)的電芯正極材料是磷酸鐵鋰,三元技術(shù)路線(xiàn)的電芯正極材料是三元材料,而磷酸鐵鋰的熱分解溫度要高于三元,并且熱分解過(guò)程中,放熱量小。一般磷酸鐵鋰材料熱分解溫度約為250~270℃,三元材料的熱分解溫度約為220~240℃。

 

換個(gè)角度看電池路線(xiàn)之爭

 

  下圖展示的是1款LFP電池和3款NCA電池針刺實(shí)驗結果,其中3款NCA電池針刺均失效且火花四射,場(chǎng)面壯觀(guān),而LFP電池則像個(gè)安靜的女子。

 

換個(gè)角度看電池路線(xiàn)之爭

 

  三元電池最大的問(wèn)題就是熱穩定性較差,電池中可燃的電解液、碳材料一點(diǎn)就著(zhù),產(chǎn)生的熱量進(jìn)一步加劇正極材料分解,在極短的時(shí)間內就會(huì )爆燃。此外,三元電池短路時(shí)放出的熱量會(huì )造成電池熱失控,電池溫度會(huì )迅速升至300℃以上,存在自燃風(fēng)險。因此三元電池對電池管理系統的要求非常高,需要防過(guò)溫保護裝置和電池管理系統來(lái)保護電池的安全。

  不同于三元電池,鐵鋰電池最大的優(yōu)點(diǎn)就是安全,磷酸鐵鋰的化學(xué)性質(zhì)穩定,電熱峰值可達350℃-500℃。在面對撞擊、針刺、短路等情況時(shí)不會(huì )釋出氧分子,不會(huì )產(chǎn)生劇烈的燃燒。

  由于鐵鋰正極材料的高熱穩定性以及熱失控時(shí)低放熱量,在電芯其他材料相同,電池包結構設計相同,結構件相同等條件下,鐵鋰電池較三元電池還是有著(zhù)明顯的安全優(yōu)勢。

 

總結

  鋰電行業(yè)將進(jìn)入市場(chǎng)需求拉動(dòng)行業(yè)增長(cháng)的階段,電池技術(shù)路線(xiàn)的選擇權將交給市場(chǎng),而安全性高、生命周期較長(cháng)、有較高性?xún)r(jià)比的產(chǎn)品最終才能成為市場(chǎng)的主要需求,加之新能源汽車(chē)市場(chǎng)需求的多元化和細分化,磷酸鐵鋰的未來(lái)或許比一些人想象的樂(lè )觀(guān)的多。而如果回歸人類(lèi)能源文明與交通文明的角度來(lái)看待電池的路線(xiàn)之爭的問(wèn)題,那么高安全、長(cháng)壽命、低成本消耗的磷酸鐵鋰電池也將有更大的發(fā)展空間。

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