“快刀”斩乱麻——浅析新能源电池技术路线发展趋势

发布日期:2022-08-05

核心提示:近年来,国内国际新能源汽车发展势头迅猛,中国汽车工业协会总工程师、副秘书长叶盛基在第十五届中日节能环保综合论坛上发表演讲
 

近年来,国内国际新能源汽车发展势头迅猛,中国汽车工业协会总工程师、副秘书长叶盛基在第十五届中日节能环保综合论坛上发表演讲表示:截止到2021年11月,中国新能源汽车年产销量达到300万辆,同比累计增长超过160%,新能源汽车渗透率超过10%,年复合增长率超过110%,预测2022年,中国新能源汽车年销量有望达到500万辆。

中国新能源汽车的迅速发展,一方面是在国际碳中和的时代背景下,厂商以期在新的历史机遇中赶超西方国家几百年的燃油汽车工业,弯道超车,获得汽车行业话语权,同样也来自于我国的能源需求压力。据统计,中国每年有72%的石油要依靠进口,而在这些进口石油中的70%是被我们的汽车消耗的,因此,电动车必须要大力发展,且这份紧迫性不言而喻。

而在新能源汽车的整车生产中,动力电池是新能源汽车的核心部件,在众多技术路线中,三元锂电池与磷酸铁锂这两个电动力电池两大技术方向最为成熟。

一、三元锂电池的高光时刻

与磷酸铁锂电池相比,三元锂电池具有诸多先天优势,而其中最为突出的便是续航能力。三元锂在同等续航(600km)情况下,电池整包的重量能比磷酸铁锂电池减重超过100-150kg,整车的轻量化,能够让车辆的操控性能和加速性能得到明显提升,更适合追求驾控性能和超长续航的客户;其次,三元锂电池在低温环境下的续航能力比磷酸铁锂电池高约10%,在冬季会实现更长的续航表现。2012年,随着国内新能源汽车补贴政策改革,高续航车型将享受到高额的补贴政策补贴,新能源汽车对续航里程的要求不断提升。2016年后国家颁布的补贴政策将动力电池的能量密度纳入考核,元锂电池发展势如破竹。在2018年的动力电池装机量上,三元锂电池的市场份额达到58.17%,而磷酸铁锂占比则跌落至39%。在磷酸铁锂的至暗时刻,三元锂电池的出货量已近超过了市场的七成,而剩下的三成除了一些相对廉价的车型外,仅有比亚迪苦苦支撑。

三元锂电池由于更高的能量密度成为当时公认的电池发展方向,一时风头无两,成为全球锂电龙头与国际一线车企的选择趋势。例如宁德时代,依赖三元锂电池站了起来,取得了宝马的巨额订单,一跃成为国内第一家合资品牌的电池供应商,股价一路飙升。

但同时,三元锂电池拥有者两个致命的缺点:

第一,价格昂贵。磷酸铁锂正极材料的正常价格约为4.5万元每吨,而三元锂电材料价格高达17万元每吨,这就意味着极高的电池成本,导致采用三元锂电池的新能源汽车价格居高不下。

第二,安全问题。三元锂电池存在热稳定性差,200度左右就容易产生较为激烈的化学反应,导致自燃或爆炸。2020年,新能源车起火事故频发,引发了社会对电池安全的担忧,国家针对电池安全推出了更高的电动汽车强制性国家标准,为成本更低、安全性更好的磷酸铁锂电池提供了机会。

二、磷酸铁锂电池的机会

与三元锂电池相比,磷酸铁锂电池材料结构更稳定,不容易发生爆燃,在安全性方面,有着天然的优势。另外,磷酸铁锂电池成本优势更加明显,随着国内新能源汽车补贴的退坡,电动车行业未来几年从政策驱动向市场驱动转变,磷酸铁锂电池在乘用车领域将大展身手。

除了价格和安全,磷酸铁锂还有一个让车企无法拒绝的理由,那就是电池寿命。三元锂电池的充电循环次数为800次,而磷酸铁锂为2500次,假设两款车型的续航都为600公里,那么三元锂电池的总续航里程约为48万公里,而磷酸铁锂却高达150万公里,虽然远超家用车的上限,但电池续航的缩减焦虑会大幅度减少,特别是对于商业用途的车辆而言。

另外一个重要原因也不应被忽视,那就是对电池原材料的控制力。三元锂电池的生产需要用到金属钴和金属镍,钴在中国是没有的而镍在中国的产量也十分稀少。2021年6月9日亚布力中国企业家论坛第二十一届年会上,王传福曾公开表示,“中国不能从被石油的卡脖子,转变到被金属镍、钴卡脖子”。

镍的使用范围原本并不广泛,主要用途是不锈钢,在三元锂电池中,它的作用是提高能量密度和储存容量。随着新能源汽车的发展,作为锂离子电池关键材料备而受到关注。 根据中国汽车动力电池产业创新联盟发布的数据显示:2021年中国动力电池装车量累计154.5GWh,其中有镇需求的三元锂 电池装车量为74.3GWh。镍已经成为新能源汽车产业发展必不可少的金属但很遗憾,根据平安证券研报显示,2018年中国镍储量和资源量仅分别约为全球的3%和9%,属于资源较欠缺的国家,冶炼所需的镍矿90%依赖进口,且大部分来自印度尼西亚和菲律宾。2020年起印尼禁止镍矿石出口,对中国镍产业影响不可忽视。年初的青山控股伦镍逼空事件仍历历在目,随着当今国际形式的不确定性日益增强,王传福的担忧亦不无道理。

虽然磷酸铁锂的优势很明显,但其缺点也很明显,而且也很致命。纯电车型的续航是关键,而磷酸铁锂恰恰在这一点上不如三元锂。而比亚迪刀片电池的横空出世,使磷酸铁锂电池这一劣势得以完美解决。

三、刀片电池的逆袭

2020年3月29日,比亚迪“刀片电池”发布。刀片式磷酸铁锂电池,具备三个特点是,高安全、长续航(长寿命)、同时减少对稀有金属依赖。刀片电池被首先应用于c级轿车汉,续航里程在600公里左右,百公里加速3.9s,于2020年6月上市。

比亚迪给电芯上使用了又细又长的刀片,通过阵列的方式排布在一起,由于单体电池很像刀片一样,插入到电池包,所以才会被称为刀片电池,因为减少了冗余的模组,刀片电池实现了更高的体积利用率,使得能量密度大幅度提升。

比亚迪集团副总裁、弗迪电池董事长何龙介绍,相较传统电池包,“刀片电池”的体积利用率提升了50%以上,也就是说续航里程可提升50%以上,不仅在续航上超过了传统的三元锂电池,甚至比肩了高性能的811三元锂电池。

刀片电池的体积能量密度与主流三元锂电池持平,在相同体积下所储存的电量也相差无几,但安全性表现却远远超出三元锂电池。在针刺试验中,比亚迪刀片电池针刺点附近位置仅有较低程度的温升变化,基本杜绝了出现燃爆的可能,再一次定义全球动力电池安全新标准。

四、后记

2021年1-11月国内动力电池累计装机量达128.3GWh,三元电池装车量累计63.3GWh,占总装车量49.3%,同比累计上升92.5%;磷酸铁锂电池装车量累计64.8GWh,占总装车量50.5%,同比累计上升270.3%。无论是装机量还是增长速度,磷酸铁锂都超过了三元锂电池。

自特斯拉国产后,比亚迪与特斯拉的较量可以说是摆到了明面上。2019年,特斯拉以36.75万辆的销量登上世界第一之位,同年,比亚迪以21.9万辆的销量屈居第二,第三和第四名依次为北汽和上汽,宝马和大众分别名列第五和第六。

2021年,特斯拉接近100万辆销量,比亚迪仍旧没能打败特斯拉。但是,59.37万辆、231.6%的增长率,不得不令到特斯拉引起注意。同年,比亚迪以7102亿元的市值超越大众、宝马,成为世界第三大汽车制造企业。截至2022年3月份,比亚迪已经力压特斯拉,连续十个月问鼎新能源汽车销量冠军。同时,比亚迪高调宣布,停产燃油汽车,成为专注于新能源汽车领域的行业执牛耳者。

比亚迪的成功,看似是电池革命带来的省里,更为重要的是,但是,单点的突出并不能支撑一个企业的持续成长,而背后对技术与研发的执著才是比亚迪成功的关键。除去电池之外,比亚迪在DM-i超级混动、e平台3.0等核心技术的助力下,正稳步向前,这也更更多的中国企业带来启迪,只有掌握行业核心技术,才能真正的稳步向前。


 
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