鉅大LARGE | 點擊量：8329次 | 2018年12月26日
比亞迪為什么堅持用磷酸鐵鋰電池
從電動汽車列入國家863高科技發(fā)展計劃，到新能源汽車產(chǎn)業(yè)列入國家七大戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，國家四部委從2009年開始實施兩輪新能源汽車補貼政策，中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)近十年來得到了快速的發(fā)展，但中國新能源汽車動力電池的發(fā)展一直存在方向性爭議：錳酸鋰、三元鋰、磷酸鐵鋰之爭始終沒有平息。
拋開復雜的技術孰優(yōu)孰劣之爭，我們只要搞清楚中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)要得到快速發(fā)展，真正能實現(xiàn)彎道超車的關鍵因素和依托點到底是什么，那么，新能源汽車動力鋰電池的方向選擇，就不應該是一個復雜的問題。
事實上，這些關鍵因素和依托點，業(yè)界早已形成了共識：一是，中國新能源汽車的發(fā)展，必須保證使用安全可靠、性能穩(wěn)定和成本低廉的動力電池，其中，安全可靠是首位的，沒有安全就不會有新能源汽車產(chǎn)業(yè)的未來；二是，在技術上應該能超越和領先發(fā)達國家和地區(qū)的，而非總是處于追趕狀態(tài)，只有這樣，中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)才能真正實現(xiàn)彎道超車。
搞清楚了中國新能源汽車發(fā)展的關鍵因素和依托，針對我們行業(yè)的現(xiàn)實情況，再來比較一下三元和磷酸鐵鋰的現(xiàn)狀與發(fā)展方向。
一、如果繼續(xù)發(fā)展三元，我們的動力鋰電池將永遠處于追趕狀態(tài)，不僅實現(xiàn)不了彎道超車，而且將喪失新能源汽車的安全性。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
目前，改性錳酸鋰和三元鋰的核心技術，都掌握在日韓企業(yè)手中。尤其是三元鋰，無論是技術、工藝還是設備，日韓行業(yè)龍頭都已達到非常成熟穩(wěn)定階段。
目前，三洋、松下和三星SDI的18650三元鋰電池，容量已做到3.1AH以上，而國內最知名的三元鋰電池企業(yè)的18650電池，容量也不過做到2.2AH左右。三洋、松下和三星SDI批量生產(chǎn)的18650三元鋰電池，在電壓、容量、內阻、放電平臺、恒流比等幾項關鍵電池指標的一致性已超過90%，可以不用分容配檔即可成組，而國內最優(yōu)秀的三元鋰電生產(chǎn)企業(yè)也無法做到。
如果中國新能源汽車動力電池的發(fā)展方向定位于發(fā)展三元鋰電，不僅長期處于追趕日韓企業(yè)狀態(tài)，而且因缺乏關鍵技術、工藝和設備，已陷入到了一個發(fā)展瓶頸。
以容量提升為例，國內最優(yōu)秀的18650型三元鋰電池，容量在2.2AH左右已不斷出現(xiàn)安全問題，如果沒有大的技術和工藝突破，僅在材料改性方面或提高極片壓實密度來提升容量，不僅會大幅降低電池的循環(huán)性能，更嚴重的是，三元鋰電的安全性問題會更加突出。
使用安全，是新能源汽車發(fā)展三大關鍵要素之首。特斯拉采用了三元鋰電中最好的松下電池，也避免不了五周之內三次著火。萬幸的是，有特斯拉先進的整車安全設計才沒有引發(fā)人身傷亡，而中國新能源汽車企業(yè)在整車安全設計方面，又有幾家能達到特斯拉的水平?
技術嚴重受制于日韓企業(yè)，規(guī)模也遠不如日韓企業(yè)巨頭。三星SDI今年一次性將18650－2.2ＡＨ的電池銷售價格降至1美元/只，幾乎將國內同行逼上絕境。
在國內三元動力電池性能和價格都無法與日韓巨頭相比的情況下，如果我們在新能源汽車動力電池上堅持三元路線，恐怕我們還在追趕路上，就已經(jīng)被國際巨頭給扼殺了，更無從談什么彎道超車。最終結果將跟傳統(tǒng)汽車發(fā)展一樣，高端車和核心技術依然源自國際巨頭，即使我們讓出了市場也換不回核心技術。
磷酸鐵鋰電池則不同。日韓企業(yè)基本沒有涉足，國際主要競爭對手來自美國。雖然兩個基礎專利有一個在美國(A123和Valence是美國磷酸鐵鋰電池的主要代表)，但中國與美國的技術水平相差不大，而且中國是全球在磷酸鐵鋰領域投入最大、產(chǎn)銷量最多的國家。
隨著萬向集團收購了A123，事實上中國企業(yè)已經(jīng)掌握了磷酸鐵鋰電池全球最高端的技術和工藝。而磷酸鐵鋰電池在安全性和循環(huán)壽命上相對于三元鋰電的絕對優(yōu)勢，正是中國新能源汽車關鍵要素所在和發(fā)展所需。只要明確其發(fā)展地位，加大投入固化這一優(yōu)勢，中國新能源汽車就完全有彎道超車的可能。
二、選擇三元，頂層設計缺乏前瞻性，全球鎳、鈷資源緊張，其大量應用將導致市場價格暴漲,尤其中國這兩種元素的貯量根本無法支撐。
三元鋰電的材料配方，無論是鎳鈷錳酸鋰，還是鎳鈷鋁酸鋰，都離不開兩種貴金屬，即鈷和鎳。這兩種金屬在中國都很匱乏，在全球儲量也有限。其中，中國鈷的使用量90%以上都需要進口，鎳主要用于不銹鋼生產(chǎn)，這兩種貴金屬都有國際期貨交易，價格不僅高且波動很大。
如果中國確定以三元鋰電為主要的動力電池發(fā)展路線，按照政府規(guī)劃，到2020年，新能源汽車產(chǎn)能達到200萬輛，新能源汽車保有量達到500萬輛。按每輛新能源汽車動力電池平均帶電量80KWH計算，500萬輛新能源汽車所需電池就達4000億WH電池，這還不包括用于更換和備用的電池。這種需求一旦推向市場，將很快推動鈷、鎳期貨價格暴漲，從而帶動其現(xiàn)貨市場價格暴漲，三元鋰電未來的價格走勢將直線上升。
中國新能源汽車推廣沒有達到政策預期目標的一個很大的原因，就是價格居高不下。其中，最重要的原因，就是占據(jù)新能源汽車成本近50%的動力鋰電池價格居高不下。三元路線的結果，就是新能源汽車價格更高，要求政府的補貼也要更多，永遠無法實現(xiàn)市場化推廣。
磷酸鐵鋰電池則剛好相反，不含任何貴金屬，而且生產(chǎn)正極材料的主要原料氧化鐵、碳酸鋰在中國儲量非常豐富。如果下游新能源汽車市場需求放大，其上游材料在規(guī)模效應的推動下，成本將直線下降，占據(jù)磷酸鐵鋰電池成本超過30%的正極材料價格的下降，將促使磷酸鐵鋰電池價格的迅速下降。
三、整車安全設計上，中國新能源汽車使用三元鋰電作為動力電池，會存在巨大安全隱患。
特斯拉三次著火中，其中一次為金屬片劃破電池引發(fā)的，但因特斯拉整車安全設計完善，三次著火并沒有引起人員傷亡。三元材料的脫氧溫度是200℃，放熱能量超過800J/g，三元鋰電無法通過針剌實驗，表明了三元電池在內部短路的情況下，很容易引發(fā)安全事故。
目前，中國新能源汽車整車安全設計，短期內根本無法達到特斯拉的水平，使用三元鋰電作為新能源汽車動力電池存在巨大安全隱患。事關乘客人生安全，這種安全隱患哪怕是十萬分之一的發(fā)生概率，也是不能接受的。
磷酸鐵鋰電池在高溫下的穩(wěn)定性，可達390℃以上，保證了電池內在的高安全性，不會因過充、溫度過高、短路、撞擊而產(chǎn)生爆炸或燃燒，可以輕松通過針剌實驗。這一安全性特點，對中國還處于幼稚期的新能源汽車產(chǎn)業(yè)來說，是最合適的。
四、從中國新能源汽車使用對象的消費特點和習慣來看，三元鋰電并不適合做中國新能源汽車動力電池。
特斯拉被稱為“富人的玩具”，裝配電池容量設計續(xù)航里程為400KM，但大多時候，實際運行也就200KM左右，屬淺充淺放，因而循環(huán)壽命有所保障。但中國新能源汽車大多用于公交、政府公務、專用車和居民乘用車，其使用特點是，每天大多有固定線路和頻次要求，屬深充深放，三元鋰電在DOD95%以上的條件下，容量衰減速度很快，循環(huán)壽命僅為磷酸鐵鋰電池的一半不到。
新能源汽車平均使用8年以上，動力鋰電池如果處于深充深放的條件下，維持80%以上的容量，三元鋰電使用壽命將不到三年，而磷酸鐵鋰電池基本可以滿足8年的使用要求。
在目前國家相關補貼政策的條件下，首次購買新能源汽車有政府相應補貼，但二次采購電池并無補貼。三元鋰電池在新能源汽車使用周期內，需要更換兩次電池，將極大增加使用者的經(jīng)濟負擔，而不會為終端使用者所接受。
如果三元鋰電要獲得與磷酸鐵鋰一樣的使用壽命，其只能淺充淺放，需增加至少50%以上的電池容量。如此，其能量密度較高的優(yōu)勢將喪失，體積將比同性能磷酸鐵鋰電池大，電池重量也會更重，其價格更是遠高于磷酸鐵鋰電池。
2011年5月，裝配了韓國LG化學三元動力鋰電池的美國通用最經(jīng)典混合動力汽車沃藍達，在美國進行碰撞測試。第二次測試發(fā)生了濃煙和明火，第三次測試七天后發(fā)生了自燃，因此受到美國國家公路交通安全管理局NHTSA的調查，加上投入市場僅一年的近6000臺沃藍達，因批量出現(xiàn)電池容量衰減至80%以下而大量召回。LG化學作為全球三元鋰電的領導者，其生產(chǎn)的三元鋰電的安全性和容量保持率尚且如此，正說明了三元鋰電事實上并不適合裝配于新能源汽車。
五、磷酸鐵鋰電池將最適合未來電動車的發(fā)展。
可以預見的是，未來純電動乘用車、專用車的發(fā)展，將具有如下特點：一是形成三類車型，即1.3噸以下，1.3～1.7噸和1.7噸以上。對應每度電，分別實現(xiàn)續(xù)航里程10KM、8KM和6KM，對應裝配電池重量，也分別為300KG、500KG和800KG左右。二是所有電池都裝配直流快充和交流慢充兩類充電方式。三是無論車身還是底盤都將使用新材料，走輕型化復合材料路線，如鋁合金、碳纖維復合材料等。
因而，中國未來電動車的發(fā)展，對動力電池要求其能量密度高一點低一點都不再是主要問題，因為整車從安全性、重心穩(wěn)定性設計，需要保持一定的重量。車身和底盤輕一點，電池重一點，將是一種全新的汽車系統(tǒng)設計---車身和底盤進行輕量化設計，磷酸鐵鋰電池組進行配套設計，來保證車身重量和車身重心穩(wěn)定。
新能源汽車能否大規(guī)模普及推廣的關鍵，是使用安全、性能穩(wěn)定可靠和成本低廉，只有如此，才能為市場所接受和大眾所喜歡。
磷酸鐵鋰電池，能保證組合能量密度達到100～120WH/KG,加上其最好的安全性和可預見的經(jīng)濟性，必將是中國新能源汽車動力電池發(fā)展的最佳選擇。
我們只有不懷疑、不懈怠和不折騰，相信二十年后，中國的新能源汽車已是大行其道，而其心臟一定是磷酸鐵鋰動力電池。
從電動汽車列入國家863高科技發(fā)展計劃，到新能源汽車產(chǎn)業(yè)列入國家七大戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，國家四部委從2009年開始實施兩輪新能源汽車補貼政策，中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)近十年來得到了快速的發(fā)展，但中國新能源汽車動力電池的發(fā)展一直存在方向性爭議：錳酸鋰、三元鋰、磷酸鐵鋰之爭始終沒有平息。
拋開復雜的技術孰優(yōu)孰劣之爭，我們只要搞清楚中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)要得到快速發(fā)展，真正能實現(xiàn)彎道超車的關鍵因素和依托點到底是什么，那么，新能源汽車動力鋰電池的方向選擇，就不應該是一個復雜的問題。
事實上，這些關鍵因素和依托點，業(yè)界早已形成了共識：一是，中國新能源汽車的發(fā)展，必須保證使用安全可靠、性能穩(wěn)定和成本低廉的動力電池，其中，安全可靠是首位的，沒有安全就不會有新能源汽車產(chǎn)業(yè)的未來；二是，在技術上應該能超越和領先發(fā)達國家和地區(qū)的，而非總是處于追趕狀態(tài)，只有這樣，中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)才能真正實現(xiàn)彎道超車。
搞清楚了中國新能源汽車發(fā)展的關鍵因素和依托，針對我們行業(yè)的現(xiàn)實情況，再來比較一下三元和磷酸鐵鋰的現(xiàn)狀與發(fā)展方向。
一、如果繼續(xù)發(fā)展三元，我們的動力鋰電池將永遠處于追趕狀態(tài)，不僅實現(xiàn)不了彎道超車，而且將喪失新能源汽車的安全性。
目前，改性錳酸鋰和三元鋰的核心技術，都掌握在日韓企業(yè)手中。尤其是三元鋰，無論是技術、工藝還是設備，日韓行業(yè)龍頭都已達到非常成熟穩(wěn)定階段。
目前，三洋、松下和三星SDI的18650三元鋰電池，容量已做到3.1AH以上，而國內最知名的三元鋰電池企業(yè)的18650電池，容量也不過做到2.2AH左右。三洋、松下和三星SDI批量生產(chǎn)的18650三元鋰電池，在電壓、容量、內阻、放電平臺、恒流比等幾項關鍵電池指標的一致性已超過90%，可以不用分容配檔即可成組，而國內最優(yōu)秀的三元鋰電生產(chǎn)企業(yè)也無法做到。
如果中國新能源汽車動力電池的發(fā)展方向定位于發(fā)展三元鋰電，不僅長期處于追趕日韓企業(yè)狀態(tài)，而且因缺乏關鍵技術、工藝和設備，已陷入到了一個發(fā)展瓶頸。
以容量提升為例，國內最優(yōu)秀的18650型三元鋰電池，容量在2.2AH左右已不斷出現(xiàn)安全問題，如果沒有大的技術和工藝突破，僅在材料改性方面或提高極片壓實密度來提升容量，不僅會大幅降低電池的循環(huán)性能，更嚴重的是，三元鋰電的安全性問題會更加突出。
使用安全，是新能源汽車發(fā)展三大關鍵要素之首。特斯拉采用了三元鋰電中最好的松下電池，也避免不了五周之內三次著火。萬幸的是，有特斯拉先進的整車安全設計才沒有引發(fā)人身傷亡，而中國新能源汽車企業(yè)在整車安全設計方面，又有幾家能達到特斯拉的水平?
技術嚴重受制于日韓企業(yè)，規(guī)模也遠不如日韓企業(yè)巨頭。三星SDI今年一次性將18650－2.2ＡＨ的電池銷售價格降至1美元/只，幾乎將國內同行逼上絕境。
在國內三元動力電池性能和價格都無法與日韓巨頭相比的情況下，如果我們在新能源汽車動力電池上堅持三元路線，恐怕我們還在追趕路上，就已經(jīng)被國際巨頭給扼殺了，更無從談什么彎道超車。最終結果將跟傳統(tǒng)汽車發(fā)展一樣，高端車和核心技術依然源自國際巨頭，即使我們讓出了市場也換不回核心技術。
磷酸鐵鋰電池則不同。日韓企業(yè)基本沒有涉足，國際主要競爭對手來自美國。雖然兩個基礎專利有一個在美國(A123和Valence是美國磷酸鐵鋰電池的主要代表)，但中國與美國的技術水平相差不大，而且中國是全球在磷酸鐵鋰領域投入最大、產(chǎn)銷量最多的國家。
隨著萬向集團收購了A123，事實上中國企業(yè)已經(jīng)掌握了磷酸鐵鋰電池全球最高端的技術和工藝。而磷酸鐵鋰電池在安全性和循環(huán)壽命上相對于三元鋰電的絕對優(yōu)勢，正是中國新能源汽車關鍵要素所在和發(fā)展所需。只要明確其發(fā)展地位，加大投入固化這一優(yōu)勢，中國新能源汽車就完全有彎道超車的可能。
二、選擇三元，頂層設計缺乏前瞻性，全球鎳、鈷資源緊張，其大量應用將導致市場價格暴漲,尤其中國這兩種元素的貯量根本無法支撐。
三元鋰電的材料配方，無論是鎳鈷錳酸鋰，還是鎳鈷鋁酸鋰，都離不開兩種貴金屬，即鈷和鎳。這兩種金屬在中國都很匱乏，在全球儲量也有限。其中，中國鈷的使用量90%以上都需要進口，鎳主要用于不銹鋼生產(chǎn)，這兩種貴金屬都有國際期貨交易，價格不僅高且波動很大。
如果中國確定以三元鋰電為主要的動力電池發(fā)展路線，按照政府規(guī)劃，到2020年，新能源汽車產(chǎn)能達到200萬輛，新能源汽車保有量達到500萬輛。按每輛新能源汽車動力電池平均帶電量80KWH計算，500萬輛新能源汽車所需電池就達4000億WH電池，這還不包括用于更換和備用的電池。這種需求一旦推向市場，將很快推動鈷、鎳期貨價格暴漲，從而帶動其現(xiàn)貨市場價格暴漲，三元鋰電未來的價格走勢將直線上升。
中國新能源汽車推廣沒有達到政策預期目標的一個很大的原因，就是價格居高不下。其中，最重要的原因，就是占據(jù)新能源汽車成本近50%的動力鋰電池價格居高不下。三元路線的結果，就是新能源汽車價格更高，要求政府的補貼也要更多，永遠無法實現(xiàn)市場化推廣。
磷酸鐵鋰電池則剛好相反，不含任何貴金屬，而且生產(chǎn)正極材料的主要原料氧化鐵、碳酸鋰在中國儲量非常豐富。如果下游新能源汽車市場需求放大，其上游材料在規(guī)模效應的推動下，成本將直線下降，占據(jù)磷酸鐵鋰電池成本超過30%的正極材料價格的下降，將促使磷酸鐵鋰電池價格的迅速下降。
三、整車安全設計上，中國新能源汽車使用三元鋰電作為動力電池，會存在巨大安全隱患。
特斯拉三次著火中，其中一次為金屬片劃破電池引發(fā)的，但因特斯拉整車安全設計完善，三次著火并沒有引起人員傷亡。三元材料的脫氧溫度是200℃，放熱能量超過800J/g，三元鋰電無法通過針剌實驗，表明了三元電池在內部短路的情況下，很容易引發(fā)安全事故。
目前，中國新能源汽車整車安全設計，短期內根本無法達到特斯拉的水平，使用三元鋰電作為新能源汽車動力電池存在巨大安全隱患。事關乘客人生安全，這種安全隱患哪怕是十萬分之一的發(fā)生概率，也是不能接受的。
磷酸鐵鋰電池在高溫下的穩(wěn)定性，可達390℃以上，保證了電池內在的高安全性，不會因過充、溫度過高、短路、撞擊而產(chǎn)生爆炸或燃燒，可以輕松通過針剌實驗。這一安全性特點，對中國還處于幼稚期的新能源汽車產(chǎn)業(yè)來說，是最合適的。
四、從中國新能源汽車使用對象的消費特點和習慣來看，三元鋰電并不適合做中國新能源汽車動力電池。
特斯拉被稱為“富人的玩具”，裝配電池容量設計續(xù)航里程為400KM，但大多時候，實際運行也就200KM左右，屬淺充淺放，因而循環(huán)壽命有所保障。但中國新能源汽車大多用于公交、政府公務、專用車和居民乘用車，其使用特點是，每天大多有固定線路和頻次要求，屬深充深放，三元鋰電在DOD95%以上的條件下，容量衰減速度很快，循環(huán)壽命僅為磷酸鐵鋰電池的一半不到。
新能源汽車平均使用8年以上，動力鋰電池如果處于深充深放的條件下，維持80%以上的容量，三元鋰電使用壽命將不到三年，而磷酸鐵鋰電池基本可以滿足8年的使用要求。
在目前國家相關補貼政策的條件下，首次購買新能源汽車有政府相應補貼，但二次采購電池并無補貼。三元鋰電池在新能源汽車使用周期內，需要更換兩次電池，將極大增加使用者的經(jīng)濟負擔，而不會為終端使用者所接受。
如果三元鋰電要獲得與磷酸鐵鋰一樣的使用壽命，其只能淺充淺放，需增加至少50%以上的電池容量。如此，其能量密度較高的優(yōu)勢將喪失，體積將比同性能磷酸鐵鋰電池大，電池重量也會更重，其價格更是遠高于磷酸鐵鋰電池。
2011年5月，裝配了韓國LG化學三元動力鋰電池的美國通用最經(jīng)典混合動力汽車沃藍達，在美國進行碰撞測試。第二次測試發(fā)生了濃煙和明火，第三次測試七天后發(fā)生了自燃，因此受到美國國家公路交通安全管理局NHTSA的調查，加上投入市場僅一年的近6000臺沃藍達，因批量出現(xiàn)電池容量衰減至80%以下而大量召回。LG化學作為全球三元鋰電的領導者，其生產(chǎn)的三元鋰電的安全性和容量保持率尚且如此，正說明了三元鋰電事實上并不適合裝配于新能源汽車。
五、磷酸鐵鋰電池將最適合未來電動車的發(fā)展。
可以預見的是，未來純電動乘用車、專用車的發(fā)展，將具有如下特點：一是形成三類車型，即1.3噸以下，1.3～1.7噸和1.7噸以上。對應每度電，分別實現(xiàn)續(xù)航里程10KM、8KM和6KM，對應裝配電池重量，也分別為300KG、500KG和800KG左右。二是所有電池都裝配直流快充和交流慢充兩類充電方式。三是無論車身還是底盤都將使用新材料，走輕型化復合材料路線，如鋁合金、碳纖維復合材料等。
因而，中國未來電動車的發(fā)展，對動力電池要求其能量密度高一點低一點都不再是主要問題，因為整車從安全性、重心穩(wěn)定性設計，需要保持一定的重量。車身和底盤輕一點，電池重一點，將是一種全新的汽車系統(tǒng)設計---車身和底盤進行輕量化設計，磷酸鐵鋰電池組進行配套設計，來保證車身重量和車身重心穩(wěn)定。
新能源汽車能否大規(guī)模普及推廣的關鍵，是使用安全、性能穩(wěn)定可靠和成本低廉，只有如此，才能為市場所接受和大眾所喜歡。
磷酸鐵鋰電池，能保證組合能量密度達到100～120WH/KG,加上其最好的安全性和可預見的經(jīng)濟性，必將是中國新能源汽車動力電池發(fā)展的最佳選擇。
我們只有不懷疑、不懈怠和不折騰，相信二十年后，中國的新能源汽車已是大行其道，而其心臟一定是磷酸鐵鋰動力電池。
上一篇：電動車將走多元化路線
下一篇：磷酸鐵鋰電池包低溫性能要怎樣提高
