什么是磷酸铁锂电池，浅谈电动汽车磷酸铁锂电池的优势与略势
来源：宝鄂实业
2019-03-26 15:39
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自锂电池问世以来，围绕它的研究、开发工作一直在不断地进行着。锂离子电池正极材料一直是一个争论的焦点话题，今天我们就来来聊一聊以磷酸铁锂(LiFePO4)为正极材料的磷酸铁锂电池。
磷酸铁锂电池的全名应是磷酸铁锂锂离子电池，这名字太长，简称为磷酸铁锂电池。由于它的性能特别适于作动力方面的应用，则在名称中加入”动力”两字，即磷酸铁锂动力电池。也有人把它称为”锂铁(LiFe)动力电池”。
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目前用作锂离子电池的正极材料主要有：LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2及LiFePO4。这些组成电池正极材料的金属元素中，钴(Co)最贵，并且存储量不多，镍(Ni)、锰(Mn)较便宜，而铁(Fe)最便宜。正极材料的价格也与这些金属的价格行情一致。因此，采用LiFePO4正极材料做成的锂离子电池应是最便宜的。
磷酸铁锂电池作为新能源汽车动力的优势与略势
优势是安全性更好；更长的使用寿命；不含任何重金属和稀有金属(原材料成本低)；无记忆效应；耐高温；可以轻松通过针刺实验。
略势是磷酸铁锂存在一些性能上的缺陷，如振实密度与压实密度低；低温性能较差；电池容量较小；同样的电池容量，磷酸铁锂电池的重量更重体积更大；严重影响了电动车的续航。另外，磷酸铁锂电池报废后基本上不能回收再利用，没有可回收价值。
为何中国车企青睐磷酸铁锂电池
中国新能源汽车动力锂电池的发展一直存在方向性争议---锰酸锂、三元锂、磷酸铁锂之争始终没有平息。但为何目前国内主流新能源车企使用的基本都是磷酸铁锂电池，仔细分析原因有三个。
一、中国新能源汽车的发展，必须保证使用安全可靠、性能稳定和成本低廉的动力电池。其中，安全可靠是首位的，没有安全就不会有新能源汽车产业的未来；特斯拉采用了三元锂电中最好的松下电池，也避免不了五周之内三次着火。
万幸的是，特斯拉先进的整车安全设计才没有引发人身伤亡，而中国新能源汽车企业在整车安全设计方面，又有几家能达到特斯拉的水平？而磷酸铁锂电池在安全性上有着先天的优势。
二、目前，锰酸锂和三元锂的核心技术，都掌握在日韩企业手中。尤其是三元锂，无论是技术、工艺还是设备，日韩行业龙头都已达到非常成熟稳定阶段。如果我们在新能源汽车动力电池上坚持三元路线，恐怕我们还在追赶路上，就已经被国际巨头给扼杀了，更无从谈什么弯道超车。磷酸铁锂电池则不同。日韩企业基本没有涉足，国际主要竞争对手来自美国。
但中国与美国的技术水平相差不大，随着万向集团收购了A123，事实上中国企业已经掌握了磷酸铁锂电池全球最高端的技术和工艺。只要加大投入固化这一优势，中国新能源汽车就完全有弯道超车的可能。
三、目前，全球镍、钴资源紧张，三元锂电的材料配方，无论是镍钴锰酸锂，还是镍钴铝酸锂，都离不开两种贵金属。其大量应用将导致市场价格暴涨，这两种金属在中国都很匮乏，中国钴的使用量90%以上都需要进口，这两种贵金属都有国际期货交易，价格不仅高且波动很大。
中国新能源汽车推广没有达到政策预期目标的一个很大的原因，就是价格居高不下。其中，最重要的原因，就是占据新能源汽车成本近50%的动力锂电池价格居高不下。三元路线的结果，就是新能源汽车价格更高，要求政府的补贴也要更多，永远无法实现市场化推广。
磷酸铁锂材料厂商面临困境的原因，主要在于新能源汽车市场的增量已由客车切换为乘用车，补贴政策导向及乘用车本身对高能量密度的追求，使得能量密度不够高的磷酸铁锂动力电池市场占比萎缩。同时，发展可期的储能领域短期难以起量。
为应对电池技术路线的切换，比亚迪、国轩高科等动力电池头部企业进行两手准备，提升磷酸铁锂性能的同时，蓄力发展三元电池。
对于三元电池原材料价格上涨，磷酸铁锂电池能否收复乘用车失地的问题仍存在争议。争论的焦点一是提高磷酸铁锂能量密度会否引发安全问题；二是补贴政策退出后，磷酸铁锂会否因为价格优势重新崛起。
沦为少数派
真锂研究的数据显示，2018年9月国内电动汽车市场锂电月装机量高达6.01GWh，与去年9月的3.18GWh相比，增幅高达88.9%。在这6.01GWh装机总量中，NCM三元电池为3.59GWh，占比59.8%；磷酸铁锂电池装机量为2.35GWh，占比39.2%。
过去两年，磷酸铁锂一直稳居动力电池半壁江山。2016年，其在电动客车市场占据主导地位，搭载的磷酸铁锂电池装机量占比高达70%以上；虽受客车补贴退坡政策影响，2017年电动客车产销量下降，但磷酸铁锂装机量占比仍接近一半。
今年以来，磷酸铁锂电池装机量占比持续下滑。今年前三季度，电动汽车市场共实现锂电装机29.5GWh，磷酸铁锂电池占比下降至37.8%。三元电池装机量占比则稳步上行，由2016年的20%上升至2017年的44.71%；至今年前三季度稳定在60%左右。
业界普遍认为，新能源汽车市场的增量已经由客车切换至乘用车市场，补贴政策导向和乘用车本身对高能量密度的追求，导致能量密度不够高的磷酸铁锂动力电池占比萎缩，市场需求低迷。
这使得磷酸铁锂材料产能严重过剩、价格不断下跌。业内人士向中国证券报记者透露，目前磷酸铁锂材料的主流价格为6万-7万元/吨左右，相比于今年年初的9万-9.5万元/吨的价格下降了30%左右。
高工产研锂电研究所(GGII)调研数据显示，目前生产磷酸铁锂材料排名靠前的企业包括比亚迪、贝特瑞、湖南升华、安达科技、北大先行、斯特兰、德方纳米、重庆特瑞、国轩高科、烟台卓能等。这10家企业市场份额占比约85%，市场集中度高。
动力电池厂方面，根据真锂研究发布数据，2018年9月磷酸铁锂电池装机量排名前三的电池厂商分别为宁德时代、比亚迪、国轩高科，占据市场份额为87.5%。
“有些电池厂或材料厂是磷酸铁锂和三元并行，但有些企业一直走磷酸铁锂路线，今年比较惨淡。”业内人士告诉中国证券报记者。
以国轩高科为例，公司目前出货电池仍以磷酸铁锂电池为主。真锂研究数据显示，前三季度国轩高科的装机量为1.41GWh。其中，磷酸铁锂电池1.33GWh，占比超过90%。根据公司三季报，前三季度，国轩高科扣非净利润为4.01亿元，同比下降22.32%。对此，招商证券分析师指出，前三季度扣非业绩下滑原因之一是产品出货价同比下滑较大，导致毛利率同比下滑4.1%，未来业绩空间还要看三元电池的进展。
新三板企业安达科技主营业务为提供磷酸铁锂电池正极材料。10月15日，公司披露三季报业绩预告，预计前三季度实现挂牌股东净利润为6500万元-7100万元，较去年同期下降52.64%-48.27%。
“今年以来，动力电池厂商洗牌加剧，不论是磷酸铁锂电池还是三元电池领域，头部企业占比越来越高，排名靠后的企业分到市场份额越来越少。连头部企业都出现利润增速下滑，很多中小电池厂商面临着亏损甚至破产的风险。”高工产业研究院(GGII)院长罗焕塔告诉记者。
业内人士认为，未来磷酸铁锂市场主要集中在商用车和储能领域。但这两大市场能否挽回磷酸铁锂的颓势仍值得商榷。
真锂研究首席分析师墨柯认为，电动客车销量增速将逐步放缓。“客车市场总量稳定在24万辆左右。目前商用车中电动车产量超过10万量，整体比例超过40%。传统客车技术成熟、稳定，而电动客车还属于新产品，与传统客车之间稳定性方面存在差距。超过40%的占比实际上偏高，很大程度是补贴政策刺激产生的结果。未来电动客车的销售增速将逐步放缓。”
储能市场方面，业内人士告诉记者，储能市场增速很快，未来将给磷酸铁锂材料带来新一波应用机会。但由于目前储能市场规模偏小，短期内难以起量。
受挫乘用车市场
对磷酸铁锂材料厂而言，最大困境在于客车市场销售增速放缓，而储能领域难以短期上量。同时，受制于磷酸铁锂电池本身能量密度的短板，无法抓住乘用车这一高速增长的市场。
真锂研究的数据显示，2018年前三季度，在29.5GWh的动力电池总装机量中，EV乘用车市场前3季度累计装机16.1GWh，占比达54.4%，排名第一。单看今年9月的数据，电动乘用车实现装机3.31GWh，比去年的总和还多，同比增长高达165.6%。
“以前是得电动客车者得天下，现在是得电动乘用车者得天下。”墨柯说。
今年前三季度，在电动乘用车16.06GWh的总装机量中，13.98GWh采用三元电池，占比约为87%；而磷酸铁锂电池占比仅12%。“还有少数乘用车在用磷酸铁锂电池。比如，不追求高续航、用于城市通勤的乘用车，或者低速车。”天风证券分析师杨藻指出。
磷酸铁锂电池和三元电池能量密度差距有多大？“目前磷酸铁锂单体电芯能量密度约在140-150Wh/kg，电池系统能量密度约为110-120Wh/kg。而常见的三元电池单体电芯为200Wh/kg，系统能量密度约在140Wh/kg。”罗焕塔告诉中国证券报记者。
为何高能量密度成为电池厂、车企竞逐的目标？一方面受补贴政策引导。根据2018年6月实施的补贴新政，电池系统能量密度补贴门槛由2017年的90Wh/kg提升105Wh/kg，105(含)-120Wh/kg的车型按0.6倍补贴，120(含)-140Wh/kg的车型按1倍补贴，140(含)-160Wh/kg的车型按1.1倍补贴，160Wh/kg及以上的车型按1.2倍补贴。换言之，搭载磷酸铁锂电池的乘用车只能拿到0.6倍或1倍的补贴，而三元电池一般而言至少能拿到1倍以上补贴。
