磷酸铁锂如何在三元材料崛起中，打通自身筋脉反败为胜？
来源：宝鄂实业
2019-04-14 16:46
点击量：次
目前国内的动力电池主要分为两个派系，根据正极材料的不同分为磷酸铁锂派和三元材料派。
磷酸铁锂如何在三元材料崛起中，打通自身筋脉？
正极材料种类及性能比较
三元材料大火
从产量来看，目前三元材料已经成为正极材料增速最高的细分领域，据统计，2017年全国正极材料产量为21万吨，同比增长3成，其中三元材料8．6万吨、磷酸铁锂5．8万吨、钴酸锂4．5万吨、锰酸锂2．1万吨，三元材料接替2016年磷酸铁锂成为2017年增速最高的正极材料，受益乘用车接替客车成为新能源车重要增量。
磷酸铁锂如何在三元材料崛起中，打通自身筋脉？
国内正极材料产量
磷酸铁锂如何在三元材料崛起中，打通自身筋脉？
2017年我国正极材料产量结构
从原材料来看，2017年以来，金属钴价格暴涨，三元电池用钴成为钴未来增速最快、空间最大的需求领域。三元正极材料应声上涨，面对迅速攀升的成本压力，电池厂商利用正极材料技术协同纷纷向三元正极材料布局，缓冲原材料涨价冲击，并且掌握上游资源。三元材料相较磷酸铁锂利润空间更大，众多企业纷纷布局三元材料。
磷酸铁锂如何打通自身经脉？
1、技术突破，解决能量密度低的硬伤
磷酸铁锂电池，是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。三元材料锂电池是指使用镍钴锰酸锂做为正极材料，石墨作为负极材料的锂电池。
与磷酸铁锂不同，三元锂电池电压平台很高，这也就意味着在相同的体积或是重量下，三元锂电池的比能量、比功率更大。除此之外，在大倍率充电、和耐低温性能等方面，三元锂电池也有很大的优势。
磷酸铁锂如何在三元材料崛起中，打通自身筋脉？
从上图可以看出磷酸铁锂的能量密度最低，在最新的补贴政策中，乘用车120Wh／kg、客车115Wh／kg成为一个重要分水岭，只有满足才能获得一倍补偿。在政策的刺激下，推动技术升级成为磷酸铁锂破局的关键之一。
在提升磷酸铁锂电池能量密度的工作中，负极材料的改善也是关键的环节。目前除了石墨之外，其他有可能作为改善负极材料性能的材料，包括，硅以及各种氧化物添加剂，来添加到目前的传统石墨里面，这个是目前比较可行的方法，而且现在很多公司都已经在采用。
2、成本控制、快充技术突破，破除三元客车解禁优势
受到2016年客车禁用三元的影响，磷酸铁锂在新能源客车中成为主流，得益于新能源客车的高速发展，在2016年全年的出货量中，磷酸铁锂占据七成以上的份额。进入2017年，随着安全标准得到统一，客车用三元开始解禁，不过采用者依然寥寥无几。但随着2018年补贴政策的推出，三元重新进入申报列表。
这是否意味着三元卷土重来呢？实际上答案并不明确，在相关标准得到确定之后，三元的安全问题不用再担心，但受到合作以及技术的惯性，再加上客车市场局限，新能源客车行业发展逐渐遇到天花板。并且，对于商用车而言，能量密度也不是首要关心的问题，成本、运营效率等更被看中。
在锂电池企业中，两级分化加重，宁德时代、比亚迪、沃特玛等占据了市场主要份额，而这三家企业，在新能源客车、专用车市场占据绝对主导地位，从市场份额来看，磷酸铁锂依然还有很大的空间。
3、梯次利用，解决回收利用难度大的问题
随着磷酸铁锂电池寿命的终结，回收成为一大难题。与三元电池相比，磷酸铁锂回收利用率低，缺乏盈利点，甚至进行再生材料回收处于亏本状态，这导致磷酸铁锂电池回收不仅不能带来效益，还会成为拖累。
2018年颁布动力电池回收新规明确了回收主体以及责任，电池企业也在积极研究更加绿色、经济的回收利用技术，只有补足了这一块短板，磷酸铁锂在可持续发展的道路上才能走得更远。
与此同时，进行梯次利用，以及开拓新市场成为电池企业的当务之急。在补贴退坡之后，成本、利用效率成为市场关注的核心。
2017年新能源汽车补贴政策开始退坡，但依然阻挡不住锂电企业的扩产脚步。动力电池作为新能源汽车的动力之源，与续航、安全、充放电、市场等一切使用都有着紧密的联系。
在动力电池中，现在应用到新能源汽车的主要是磷酸铁锂电池和三元锂电池，二者之间最大的区别就在于能量密度和安全性，能量密度的大小关乎到汽车的续航能力，而安全性主要体现在材料在高温下会发生分解，这两点都是消费者选购新能源汽车时最关注的问题，也是目前业内对这两种电池争议最多的地方。
能量密度对比
磷酸铁锂电池的能量密度远不及三元锂电池，但其安全性普遍被认为要好于三元锂。先说说能量密度，目前，新能源汽车的补贴标准视电池系统的能量密度而定，其具体政策就是，当电池系统能量密度超过120Wh/kg，就可以享受1.1倍的补贴，介于90Wh/kg和120Wh/kg之间只能享受1倍补贴。
据了解,目前市面上的磷酸铁锂电池经过改进要达到90Wh/kg的难度不大，但要做到120Wh/kg的企业寥寥无几。比亚迪一直专注于磷酸铁锂电池电池，在这块的技术上处于国内领先水平，此前有传闻比亚迪研发出高能量密度的磷酸铁锂电池，能力密度可以达到150Wh/kg，这个水平与三元锂电池几乎相当。传闻是否属实先暂不讨论，但作为行业龙头的比亚迪尚且只能做到这样的水平，就可以看出使用磷酸铁锂电池要想拿到1.1倍补贴的难度不小，但这个难题对于三元锂电池来说却是轻而易举就能达到。
另外从几家动力电池2017年的产能规划可以看出，对于三元锂电池的产能扩张也尤其明显，就连比亚迪这样过往一根筋钟爱磷酸铁锂电池的企业，在2017年都维持磷酸铁锂产能不变，转头扩张三元锂电池。
三元PK磷酸铁锂的结果一看便知
安全性对比
除了在供给端三元锂电池有所扩产之外，在需求端也一并放大。刚刚说到的能量密度要求是三元锂电池的需求端放大的一个动力，另一个则来自于三元锂电池在2017年将正式解禁客车使用。这里就涉及到三元锂电池和磷酸铁锂电池优劣性上的第二个争议点—“安全性”。
三元锂电池由于在200度左右会发生分解(磷酸铁锂则需要温度高达700度)，并且分解后会产生更加剧烈的化学反应，因此在汽车碰撞时更容易着火，这也是三元锂电池普遍被认为不安全的地方，正是因为这个原因三元锂电池此前被暂停使用在客车上。
然而，安全性的好坏其实更取决于整个动力电池系统，尤其是电池管理系统(BMS)，合格的BMS都可以在发生意外时切断电源避免着火，并不能仅因为三元锂材料容易热解就认为三元锂电池不安全。随着三元锂电池安全性重新被评估，客车将解禁三元锂电池，这无疑又释放了很大一块市场。
温度影响
我国幅员辽阔，气候复杂，从最北端的东北三省到最南端的海南诸岛温度变化非常丰富。以北京为例，作为电动汽车的主力市场，北京夏季最高温度在40℃左右，而冬季则基本保持在零下16℃左右，甚至更低。这样的温度区间显然适合低温性能更佳的三元锂电池。而注重耐高温性能的磷酸铁锂电池在北京的冬季会显得有些乏力。更何况，三元锂电池耐高温方面与磷酸铁锂相比，差距并不大。
三元PK磷酸铁锂的结果一看便知
从上图中能够看出，以25℃为基准常温，两类电池在55℃高温下放电与常温25℃下放电，放电容量几乎没有差别。但在零下20℃时，三元锂电池与磷酸铁锂电池相比有比较明显的优势。
充电效率对比
除了续航之外，充电也是电动汽车在实际使用中的重要环节，而三元锂电池在充电效率方面较磷酸铁锂电池有着非常大的优势。
三元在乘与专上主流专用车铁锂有所增多
三元保持在乘用车与专用车上的主流地位，磷酸铁锂在专用车上使用增多三元保持在乘用车与专用车上的主流地位，乘用车方面，前7批的三元应用占比为68％，第8批该比例为80％，三元处于绝对领先地位。专用车方面，前7批的三元应用占比为68％，第6、7批中三元应用占比分别为75％、70％，占比同样较高，但本批次。专用车中三元占比下降至53％，磷酸铁锂已由第7批的28％提升至41％，三元仍处于主流地位，但磷酸铁锂在专用车上使用比例大幅提高。
三元PK磷酸铁锂的结果一看便知
我们了解到，目前市面上较为常见的充电方式为恒流恒压式充电。一般在充电开始时先采用恒流充电，此时的电流较大，充电效率相对更高。而在电压达到一定数值之后，降低电流改为恒压充电，这样可以让电池充的比较满一些。
从表中可以看出，三元锂电池与磷酸铁锂电池在10C以下充电时，恒流比无明显差距，10C以上倍率充电时，磷酸铁锂电池恒流比例迅速降低，充电效率迅速降低。
结论：磷酸铁锂与三元的市场之争，至目前虽然还没有一个明确的定论，并且电池技术日新月异，不久的将来迎来革命性的变化也在意料之中，但笔者认为，技术已经成熟的三元电池，凭借其能量密度高且仍有较大提升空间、不逊色的安全性、耐低温、高充电效率等特性，将会在新的市场中站稳脚跟。
磷酸铁锂如何在三元材料崛起中，打通自身筋脉？
正极材料种类及性能比较
三元材料大火
从产量来看，目前三元材料已经成为正极材料增速最高的细分领域，据统计，2017年全国正极材料产量为21万吨，同比增长3成，其中三元材料8．6万吨、磷酸铁锂5．8万吨、钴酸锂4．5万吨、锰酸锂2．1万吨，三元材料接替2016年磷酸铁锂成为2017年增速最高的正极材料，受益乘用车接替客车成为新能源车重要增量。
磷酸铁锂如何在三元材料崛起中，打通自身筋脉？
国内正极材料产量
磷酸铁锂如何在三元材料崛起中，打通自身筋脉？
2017年我国正极材料产量结构
从原材料来看，2017年以来，金属钴价格暴涨，三元电池用钴成为钴未来增速最快、空间最大的需求领域。三元正极材料应声上涨，面对迅速攀升的成本压力，电池厂商利用正极材料技术协同纷纷向三元正极材料布局，缓冲原材料涨价冲击，并且掌握上游资源。三元材料相较磷酸铁锂利润空间更大，众多企业纷纷布局三元材料。
磷酸铁锂如何打通自身经脉？
1、技术突破，解决能量密度低的硬伤
磷酸铁锂电池，是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。三元材料锂电池是指使用镍钴锰酸锂做为正极材料，石墨作为负极材料的锂电池。
与磷酸铁锂不同，三元锂电池电压平台很高，这也就意味着在相同的体积或是重量下，三元锂电池的比能量、比功率更大。除此之外，在大倍率充电、和耐低温性能等方面，三元锂电池也有很大的优势。
磷酸铁锂如何在三元材料崛起中，打通自身筋脉？
从上图可以看出磷酸铁锂的能量密度最低，在最新的补贴政策中，乘用车120Wh／kg、客车115Wh／kg成为一个重要分水岭，只有满足才能获得一倍补偿。在政策的刺激下，推动技术升级成为磷酸铁锂破局的关键之一。
在提升磷酸铁锂电池能量密度的工作中，负极材料的改善也是关键的环节。目前除了石墨之外，其他有可能作为改善负极材料性能的材料，包括，硅以及各种氧化物添加剂，来添加到目前的传统石墨里面，这个是目前比较可行的方法，而且现在很多公司都已经在采用。
2、成本控制、快充技术突破，破除三元客车解禁优势
受到2016年客车禁用三元的影响，磷酸铁锂在新能源客车中成为主流，得益于新能源客车的高速发展，在2016年全年的出货量中，磷酸铁锂占据七成以上的份额。进入2017年，随着安全标准得到统一，客车用三元开始解禁，不过采用者依然寥寥无几。但随着2018年补贴政策的推出，三元重新进入申报列表。
这是否意味着三元卷土重来呢？实际上答案并不明确，在相关标准得到确定之后，三元的安全问题不用再担心，但受到合作以及技术的惯性，再加上客车市场局限，新能源客车行业发展逐渐遇到天花板。并且，对于商用车而言，能量密度也不是首要关心的问题，成本、运营效率等更被看中。
在锂电池企业中，两级分化加重，宁德时代、比亚迪、沃特玛等占据了市场主要份额，而这三家企业，在新能源客车、专用车市场占据绝对主导地位，从市场份额来看，磷酸铁锂依然还有很大的空间。
3、梯次利用，解决回收利用难度大的问题
随着磷酸铁锂电池寿命的终结，回收成为一大难题。与三元电池相比，磷酸铁锂回收利用率低，缺乏盈利点，甚至进行再生材料回收处于亏本状态，这导致磷酸铁锂电池回收不仅不能带来效益，还会成为拖累。
2018年颁布动力电池回收新规明确了回收主体以及责任，电池企业也在积极研究更加绿色、经济的回收利用技术，只有补足了这一块短板，磷酸铁锂在可持续发展的道路上才能走得更远。
与此同时，进行梯次利用，以及开拓新市场成为电池企业的当务之急。在补贴退坡之后，成本、利用效率成为市场关注的核心。
2017年新能源汽车补贴政策开始退坡，但依然阻挡不住锂电企业的扩产脚步。动力电池作为新能源汽车的动力之源，与续航、安全、充放电、市场等一切使用都有着紧密的联系。
在动力电池中，现在应用到新能源汽车的主要是磷酸铁锂电池和三元锂电池，二者之间最大的区别就在于能量密度和安全性，能量密度的大小关乎到汽车的续航能力，而安全性主要体现在材料在高温下会发生分解，这两点都是消费者选购新能源汽车时最关注的问题，也是目前业内对这两种电池争议最多的地方。
能量密度对比
磷酸铁锂电池的能量密度远不及三元锂电池，但其安全性普遍被认为要好于三元锂。先说说能量密度，目前，新能源汽车的补贴标准视电池系统的能量密度而定，其具体政策就是，当电池系统能量密度超过120Wh/kg，就可以享受1.1倍的补贴，介于90Wh/kg和120Wh/kg之间只能享受1倍补贴。
据了解,目前市面上的磷酸铁锂电池经过改进要达到90Wh/kg的难度不大，但要做到120Wh/kg的企业寥寥无几。比亚迪一直专注于磷酸铁锂电池电池，在这块的技术上处于国内领先水平，此前有传闻比亚迪研发出高能量密度的磷酸铁锂电池，能力密度可以达到150Wh/kg，这个水平与三元锂电池几乎相当。传闻是否属实先暂不讨论，但作为行业龙头的比亚迪尚且只能做到这样的水平，就可以看出使用磷酸铁锂电池要想拿到1.1倍补贴的难度不小，但这个难题对于三元锂电池来说却是轻而易举就能达到。
另外从几家动力电池2017年的产能规划可以看出，对于三元锂电池的产能扩张也尤其明显，就连比亚迪这样过往一根筋钟爱磷酸铁锂电池的企业，在2017年都维持磷酸铁锂产能不变，转头扩张三元锂电池。
三元PK磷酸铁锂的结果一看便知
安全性对比
除了在供给端三元锂电池有所扩产之外，在需求端也一并放大。刚刚说到的能量密度要求是三元锂电池的需求端放大的一个动力，另一个则来自于三元锂电池在2017年将正式解禁客车使用。这里就涉及到三元锂电池和磷酸铁锂电池优劣性上的第二个争议点—“安全性”。
三元锂电池由于在200度左右会发生分解(磷酸铁锂则需要温度高达700度)，并且分解后会产生更加剧烈的化学反应，因此在汽车碰撞时更容易着火，这也是三元锂电池普遍被认为不安全的地方，正是因为这个原因三元锂电池此前被暂停使用在客车上。
然而，安全性的好坏其实更取决于整个动力电池系统，尤其是电池管理系统(BMS)，合格的BMS都可以在发生意外时切断电源避免着火，并不能仅因为三元锂材料容易热解就认为三元锂电池不安全。随着三元锂电池安全性重新被评估，客车将解禁三元锂电池，这无疑又释放了很大一块市场。
温度影响
我国幅员辽阔，气候复杂，从最北端的东北三省到最南端的海南诸岛温度变化非常丰富。以北京为例，作为电动汽车的主力市场，北京夏季最高温度在40℃左右，而冬季则基本保持在零下16℃左右，甚至更低。这样的温度区间显然适合低温性能更佳的三元锂电池。而注重耐高温性能的磷酸铁锂电池在北京的冬季会显得有些乏力。更何况，三元锂电池耐高温方面与磷酸铁锂相比，差距并不大。
三元PK磷酸铁锂的结果一看便知
从上图中能够看出，以25℃为基准常温，两类电池在55℃高温下放电与常温25℃下放电，放电容量几乎没有差别。但在零下20℃时，三元锂电池与磷酸铁锂电池相比有比较明显的优势。
充电效率对比
除了续航之外，充电也是电动汽车在实际使用中的重要环节，而三元锂电池在充电效率方面较磷酸铁锂电池有着非常大的优势。
三元在乘与专上主流专用车铁锂有所增多
三元保持在乘用车与专用车上的主流地位，磷酸铁锂在专用车上使用增多三元保持在乘用车与专用车上的主流地位，乘用车方面，前7批的三元应用占比为68％，第8批该比例为80％，三元处于绝对领先地位。专用车方面，前7批的三元应用占比为68％，第6、7批中三元应用占比分别为75％、70％，占比同样较高，但本批次。专用车中三元占比下降至53％，磷酸铁锂已由第7批的28％提升至41％，三元仍处于主流地位，但磷酸铁锂在专用车上使用比例大幅提高。
三元PK磷酸铁锂的结果一看便知
我们了解到，目前市面上较为常见的充电方式为恒流恒压式充电。一般在充电开始时先采用恒流充电，此时的电流较大，充电效率相对更高。而在电压达到一定数值之后，降低电流改为恒压充电，这样可以让电池充的比较满一些。
从表中可以看出，三元锂电池与磷酸铁锂电池在10C以下充电时，恒流比无明显差距，10C以上倍率充电时，磷酸铁锂电池恒流比例迅速降低，充电效率迅速降低。
结论：磷酸铁锂与三元的市场之争，至目前虽然还没有一个明确的定论，并且电池技术日新月异，不久的将来迎来革命性的变化也在意料之中，但笔者认为，技术已经成熟的三元电池，凭借其能量密度高且仍有较大提升空间、不逊色的安全性、耐低温、高充电效率等特性，将会在新的市场中站稳脚跟。
