以小见大 从磷酸铁锂、三元电池看行业现状
来源：宝鄂实业
2019-03-12 16:16
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2016年年底出台的新能源汽车补贴新政明确将补贴额度与电池能量密度挂钩，能量密度越高补贴越多。为此，许多动力锂电池企业纷纷调整技术路线，减少磷酸铁锂的投入，转投三元电池。紧接着，大量资金涌向三元电池产业链，直接造成钴价等原材料价格大幅上涨企业成本明显增加。不难看出，在“转轨”过程中，磷酸铁锂与三元电池的取舍无疑成为许多电池企业的一块“心病”。
以小见大 从磷酸铁锂、三元电池看行业现状
通过调研走访我们发现现阶段动力电池材料技术路线主要分为：以磷酸铁锂为主，兼顾发展三元电池：代表企业为比亚迪、沃特玛、国轩高科等；以三元电池为主，兼顾发展磷酸铁锂：代表企业为德朗能、比克、亿纬锂能等；磷酸铁锂和三元电池并行发展：代表企业为万向A123、天津力神、山东威能等。
那么在实际生产中，主流企业为何这样抉择呢？
沃特玛：坚持磷酸铁锂不放弃
成立于2002年的沃特玛，是国内最早研发磷酸铁锂动力电池、汽车启动电源、储能系统解决方案的企业之一。几年前，沃特玛也曾专注过三元电池。然而，在政策调整和企业发展的过程中，沃特玛发现：尽管从能量密度来讲三元电池略胜一筹，但对钴材料的掌控权并不在我国。随着我国新能源汽车市场的逐步扩大，动力电池的需求量也将随之增加。如果全国的动力电池都走三元路线，未来势必在原材料方面受制于其他国家，动力电池产业的发展将处于被动局面。为了更有效、迅速地在行业中脱颖而出，与日韩电池企业“一决雌雄”，沃特玛毅然调整路线，大力发展磷酸铁锂。如今，碳酸铁锂电池单体能量已达到145 Wh/kg。
相关负责人告诉调研组，未来，沃特玛仍将坚持磷酸铁锂体系，并计划通过材料和结构的调整，进一步提升磷酸铁锂体系，以用作技术储备。
比亚迪：目标是安全第一
比亚迪是全球第二大和国内最大的动力电池生产商，一直坚持磷酸铁锂电池的技术路线，是全球磷酸铁锂电池技术的领导者。2017年，比亚迪在大巴、专用车方面，依然选择磷酸铁锂电池；而在纯电动方面，可能会是磷酸铁锂和三元同时并存。搭载磷酸铁锂电池的E6目前续航里程为400公里，未来目标是做到500公里以上。
电池中国网通过调研了解到，比亚迪坚定这一路线的主要考量是“安全”。电池存在太多不安全因素，相对三元电池来讲，磷酸铁锂更安全，更适合新能源汽车使用，因为新能源汽车正处在“发展期”，一旦出现安全事故将会对整个行业造成严重打击。未来，比亚迪在发展磷酸铁锂电池的同时，将进行高能量密度三元电池的研发，预计在很长一段时间内，磷酸铁锂电池与三元电池将会长期并存。
“单一侧重点”作战，更加适合像沃特玛和比亚迪这样资金雄厚、技术过硬的标杆企业，绝大多数企业还是坚守着三元电池和磷酸铁锂“两手抓，两手都要硬”的原则，尽可能多地在整体市场中“分一杯羹”。
亿纬锂能：后起之秀两手抓，靠实力说话
惠州的电池企业中，亿纬锂能发迹很快，在电池界迅速蹿红，这跟磷酸铁锂和三元并行的技术路线是密不可分的。
在调研过程中，亿纬锂能表示磷酸铁锂与三元两个体系的电池各有特点，磷酸铁锂安全性好，循环寿命高，在一些公交车和出租车这一类的应用领域会选择磷酸铁锂。三元电池的比能量高、增长速度快。两种材料技术路线各有所长，应该在竞争中各自成长。今后五年，亿纬锂能将对两个体系都进行研发和生产投入，使两者并行。但另一方面，亿纬锂能正在规划建设的三元材料动力锂离子电池生产线，自动化程度非常高。这一举措不难表明亿纬锂能依旧对三元寄予厚望。
比克：三元电池领跑业内
比克是国内最早布局动力电池的厂家之一。早在2004年，就和美国A123联合开发出全球第一款动力电池，即磷酸铁锂26650电池，但由于双方对技术路线的判断不一致，比克优先发展三元材料体系的高能量密度锂离子电池，放弃了铁锂系电池产品。
借此调研机会，比克的相关负责人告诉电池中国网，三元电池在汽车上批量使用接近5年的企业，只有比克一家。比克结合客户终端应用，坚定了信心，判断三元圆柱电池就是下一代汽车动力电池的未来方向。
在面临“磷酸铁锂”和“三元电池”的取舍时，“百家争鸣”是大势所趋，但很难“持之以恒”，“优胜劣汰”才是市场发展的最终导向。但电池行业需要这个过程，市场需要这个环节。动力电池技术还在不断发展和进步。磷酸铁锂电池曾经因为寿命长、安全性好的特点而受到热捧，但随着三元锂电池安全问题不断得到改善、解决，能量密度高的优势得以发挥，越来越多的企业采用三元锂电池。未来如果石墨烯电池、铝空气电池投入使用，动力电池以及电动汽车整车领域都将面临变革。
由此可见，技术路线优缺点各不相同，“利”被无限放大的同时，也伴随着短期内无法割舍的“弊”。另一方面，企业基础、技术水平、乃至政策因素，都对“发展”起着至关重要的作用。电池企业要科学看待能量密度，认清自身实际情况，明确自己的重点技术方向，扬长避短，不要跟风，更不能被片面的观点所误导。
新能源汽车如果想真正实现与传统汽油车体验接近，缩短充电时间、提高续航里程和充电的便利性是不可回避的话题。宁德时代新能源科技股份有限公司(CATL)快充项目负责人王升威博士表示，CATL研发的“超电子网”和“快离子环”技术双剑合璧，开发出来磷酸铁锂快充电芯成组后拥有4C的高倍率快充，15分钟内可完成纯电动客车100%充电。
9月27日，在第一电动网主题为“充电五分钟，行驶两小时的时代即将到来？”的第八期公开课上，王升威发表演讲解析快充型锂离子电池的原理、特点，并介绍了CATL的维护方案和快充型锂离子电池进展。
宁德时代新能源科技股份有限公司(CATL)快充项目负责人王升威博士
从原理上讲，电池快充的瓶颈在负极，普通化学体系在快充时在负极会出现副产物，影响电芯的循环和稳定性。一旦锂离子被阻塞在负极是非常危险的，但只要锂离子进入石墨内部，基本上就不会有问题。因此，CATL开发了“快离子环”技术，在石墨表面与内部打造高速公路网，使锂离子能快速嵌入石墨的任何位置。
“既可以实现锂离子密度的，又可以快充，这像修环城高速来缓解交通拥堵，‘快离子环’石墨就是这个机理，我们在手机上已经有数亿的出货量了，可靠性已经得到了验证。”王升威如是介绍。
磷酸铁锂适不适合快充？
业内有人认为磷酸铁锂不适合快充，在王升威看来，这个问题存在两面性。从材料上看，磷酸铁锂材料的本征电导率比较低，仅为三元材料的百分之一，需要对磷酸铁锂材料进行导电性优化才能满足快充的需求。
王升威表示，经过CATL的改造，磷酸铁锂已经不是“原来那个磷酸铁锂”，甚至比三元材料更好。在正极上，CATL开发了“超电子网”技术，使得磷酸铁锂具有优异的电子导电性能，可达三元材料的1000倍。
他指出，目前的磷酸铁锂快充电池的循环性能比不快充的要好，从原理上讲，循环性能跟充电是不存在矛盾的。那为什么传统电池一用快充循环就不好？那是因为传统电池并不是按快充设计的，快充的时候就会有副产物或者副反应，副反应多了以后，循环自然变差。一旦解决了快充的动力学问题，它的循环最起码不会变差。与此同时，快充电池不但动力学高了，而且由于能量密度比非快充的低一点，能量密度低了，电解液多了，循环变得更好就不足为怪了。实际上，他们目前开发的磷酸铁锂快充电池可以达到10000循环。
保障“健康充电区间内”的快充
“CATL经过多年研究，我们认为健康的充电区间是与充电的不可逆反应速度有关的，这个对于固定化学体系来说，它会受温度和电压的影响，不可逆反应的速度决定了电池在循环过程中的容量衰减和阻抗增加的速度，所以我们研究的重点在于怎么识别不可逆反应的速度，在这个“健康充电区间”范围内进行快充，就可以既实现快速充电，又可以不让电池受到快充的损害，做到快充和长循环兼顾。”
在低温情况下，CATL提出了两种电池保护，一是分温度区间充电，低温下慢充，在电池的“健康充电区间”内充电，更好地保护电池。二是利用水热系统，低温下为电芯加热，待电芯温度达到要求，即可开启快充模式，做到低温下“健康的”快充。
同样，电池也需要避免高温的影响，因为它本身存在氧化还原反应，温度越高反应越剧烈。对此，CATL的解决方案是采用3.65V的低电压体系，正极氧化性弱，副反应少而且速度慢。另外还有水冷控制温度，避免高温情况出现。
高能量密度电池快充领先国际
在“更长的续航里程”方面，CATL的技术规划是2020年之前电池能量密度要做到300瓦时每公斤，2025年以后，有进一步提高能量密度的规划。在“更短的充电时间”方面，CATL已经在开发能量密度190Wh/kg15分钟满充的快充电池，该电池预计在2018年具有批量生产能力，其主要应用领域为乘用车。
“对于小车高能量密度快充电池方面，我们有技术储备优势，国内电池企业有机会领先于日韩。”王升威表示，“单从充电速度这一方面，普通小车用的充电基本上都是1C以下的，充到80%接近50分钟。我们的产品12分钟就可以充80%，充电速度有一个鲜明的对比。 即使对快充的重度用户出租车来讲，每天满充两次，一年要充700次，按照出租车4年左右的使用周期，2800次充电应该是够了。我们这一款高能量快冲电池的循环预计在3000次以上，应该能满足乘用车应用的需求。
