锂电池技术路线内部的多种技术路线哪一种更具有优势？

那些认为日本的燃料电池代表未来的人，其实思维还停留在燃油车的时代，只不过是把加油站替换成了加氢站。

　　至于超级电容，在特定领域有着不可替代的优势——例如轨道交通能量回收、塔吊能量回收、汽车动能回收装置;而在动力汽车领域，由于能量密度和成本的问题，无法成为未来可行的技术路线。

　　故而毫无疑问，在即将到来的电动车革命中，锂电池将是真正的主角，是未来十年甚至二十年的不可动摇的路线。

　　但是锂电池技术路线内部还有多种技术路线，大致有钴酸锂、钛酸锂、锰酸锂、铁酸锂、三元电池等等，朋友们或许更关注这些技术路线哪一种更具有优势。

　　为了厘清这一问题，笔者将在本文中进行一系列的深入探讨，不足之处各位朋友文后留言不吝指正。

　　初选

　　先说钴酸锂：循环性能太差，且大量使用了极其稀有的金属钴，缺点太过明显，其宿命唯有淘汰。

　　再说钛酸锂：高充电倍率，寿命长;但也有一个鲜明的缺点——能量密度太低，导致成本过高。

　　其特性类似于超级电容，这个致命缺点也阻碍其成为动力电池主流路线，故而也无法在初选中脱颖而出。

　　第三说下锰酸锂：成本低，充电倍率高;但是高温性能差、循环性不佳。

　　故而很少直接选用锰酸锂作为动力电池，而是同时添加其他材料形成改性电池，例如镍、钴成为镍钴锰电池，从而实现各项性能的均衡。

　　但是经过这些改进之后，已经不再是简单的锰酸锂电池了，而是成为了三元电池类型中的一种。

　　这样的论述结果表明：锰酸锂也要被淘汰。

　　在锂电池众多的技术路线中，磷酸铁锂vs三元电池两种技术路线的对决最为胶着。

　　磷酸铁锂安全性高，寿命长，但是能量密度低，低温性能差，一致性差;

　　三元电池能量密度高，一致性好，低温性能好，成本较低，但是安全性能差，循环寿命不如铁锂电池。

　　当前，磷酸铁锂最成熟的产业链在中国，我们对相关领域掌握的核心技术也较多;而三元电池则以日韩为代表，且更成熟一些。

　　所以这两种技术路线的对决更有一种中国vs日韩的意味。

　　过去的一年中，我仍然每天孜孜不倦的思考这个问题，大量阅读相关领域的文章，阅读众多对相关领域技术专家的访谈，思考两种动力锂电池技术路线的优劣。

　　终于在今天我自认为有了一个较为清晰的认识，下决心完成这篇拖了一年多的稿子，好了，废话不多说，决赛打擂正式开始!

　　决赛

　　评价动力电池性能大致有以下7个维度：

　　1、安全性

　　2、能量密度

　　3、循环寿命

　　4、成本

　　5、充电倍率

　　6、电池单体一致性

　　7、低温性能

　　作为一种合格的技术路线，在以上任何一个方面都不能有太过鲜明的缺点，需要做到各方面的均衡才能是一种具有可行性的路线。

　　1、安全性

　　这个方面磷酸铁锂电池有着鲜明的优势：温度达到480°以上才会分解，能通过针刺、火烧等严酷试验。

　　以镍钴铝为代表的三元电池，则在180°就会分解并释放出气体，并且反应更加剧烈。

　　这一局迅速有了结果，铁锂电池胜。

　　2、能量密度

　　磷酸铁锂电池由于材料的缘故，放电平台的电压更低，只有3.2V;且压实密度很低，只有2.2~2.5左右，这些都导致了磷酸铁锂电池的理论能量密度不高，只有178wh/kg。

　　而磷酸铁锂的领先厂商比亚迪目前已经把电芯单体的能量密度做到了147wh/kg，比亚迪电池事业部老总王文峰宣称要在2018年把磷酸铁锂做到160wh/kg。

　　这已经是相当了不起的成就，但已经逼近这一电池路线能量密度的理论上限，未来很难再有大的提升。

　　而反观镍钴铝(NCA)三元电池(特斯拉采用)，当前18650电池能量密度是245wh/kg,未来在model 3上使用的20700电池要把能量密度做到300wh/kg以上。

　　国内很多产商选择镍钴锰(NCM)三元锂电池技术路线，它的理论能量密度上线是280wh/kg，大疆无人机身上的锂电池就是使用的这种锂电池，当前80%的无人机锂电池由广东的厂商供应。

　　我看了一下参数，当先规模化生产后的镍钴锰锂电池的能量密度可以做到190wh/kg的水平，距离理论密度上限还有较大距离，还有较大提升空间。

　　在不久的未来，理想情况下能量密度可以做到230wh/kg以上，电池组整体的能量密度依然可以做到200wh/kg以上，比磷酸铁锂高40%左右。

　　另外磷酸铁锂压实密度较低，这就导致了同等电池容量下，磷酸铁锂的体积更大。

　　经对比测算比亚迪e6电池组和特斯拉model s的电池组后得出结论，同等电池容量下，磷酸铁锂的体积要比镍钴铝三元电池大48%。

　　把能量密度和安全性这两个参数放在一起评价我们就可以发现，能量密度和安全性这两个指标是一对天生的敌人，其实通过最简单的物理学和化学知识我们就可以知道，能量密度越高，它就越不稳定，越不安全。

　　3、循环寿命

　　在评价这个方面的性能时，我接接触的信息让我头疼。

　　就以磷酸铁锂为例，有文章说寿命是2000次，王传福说他的铁锂电池寿命能达到4000次以上，甚至还有文章说全周期寿命能达到2万次。

　　差距如此之大的数据令我头晕，需要反复仔细甄别才能有一个正确认知;后来发现以上说法都“不错”，只不过是他们评价标准不同罢了。

　　说寿命只有2000次的，是按照1C充电倍率反复冲放，电池容量在标定容量80%以下时即认为寿命终止(这是一个极其严苛的充放电测试，1C的速率意味着1小时把电池充满)。

　　王传福口中的4000次，则更可能是通常使用条件下，根据大量已经上路的e6运营实测的结果。

　　而最后所谓2万次则是全使用周期下的结果。

　　因为电池容量低于标定的80%并不意味着这个电池彻底不能用了，毕竟还有80%的容量，此时的电池可以取下来梯次利用，用作储能电站，在合理电流合理温度合理使用环境下可以达到2万次的反复充放电。

　　但无论怎样，磷酸铁锂的使用寿命都明显长于三元电池。

　　三元电池在1C充放倍率，反复充放800次左右，实际容量就已经低于标定容量的80%了，从这个角度看，铁锂电池甚至是三元电池寿命的三倍。

　　但实际使用中也并不是这样，由于磷酸铁锂电池的一致性较难控制，使得铁锂电池电池组的整体寿命短一些，并没有寿命可以达到三元电池3倍那么夸张。

　　但无论如何，循环寿命这一项，铁锂胜出。

　　4、成本

　　有些人认为磷酸铁锂的正极材料当中不使用稀有金属，而三元电池则要使用到钴、镍等较为贵重的金属，所以就理所当然的认为磷酸铁锂的成本更低一些，这其实是一个认识上的误区。

　　磷酸铁锂的放电电压3.2V，三元电池的放电电压平台在3.8V，更高的放电电压意味着更高啊的电池容量，这就意味着同等材料消耗情况下，三元电池的容量更大。

　　或者反过来说也一样：同等容量的电池，三元电池消耗原材料更少。

　　尤其是当锂电池必不可少的碳酸锂价格从去年4万元飙涨到当前的15万元后，碳酸锂材料消耗量更大的铁锂电池的成本问题就凸现出来，根据国轩高科董事长李缜的数据，当前国轩高科三元电池的成本反倒比铁锂电池低10~15%。

　　现在三元电池走向了高铝高镍、低钴的技术路线，对昂贵的稀有金属消耗量降低。

　　去年全球钴产量9.8万吨，其中40%用于锂电池，消耗量并不算非常大。而且钴资源依然处于供过于求的状态，当前20万/吨的价格处于历史上的低位。

　　去年锂电池产业的火爆也没有带动钴资源的飙涨，多种因素导致当前铁锂电池的成本要高于三元电池。

　　但我们要以动态的眼光看待二者的成本对比，要认识到，在碳酸锂价格大涨之前，磷酸铁锂的成本是略低于三元电池的。

　　反过来思考，如果明年“钴”资源供不应求，也出现类似于碳酸锂一样的4倍甚至5倍的飙涨，那么三元电池的成本也就水涨船高。

　　总之，两种技术路线的成本不分伯仲，具体到某一时间点，和上游原材料价格有很大关系。

　　长期来看，我认为碳酸锂15万/吨的价格不具有可持续性，因为锂并不是稀缺资源，国内天齐锂业、赣锋锂业等众多厂家碳酸锂每吨生产成本约为2.9万~3.5万元之间，而盐湖股份的子公司蓝科锂业更是宣称成本只有1.9万元/吨。

　　当前碳酸锂行业，可谓是暴利行业，3万元的成本，15万元的价格，整整翻了5倍。

　　巨大的利润诱惑自然便是疯狂的扩产，全产业链上的公司都在成倍的扩充产能，蓝科锂业更是成数十倍的扩充产能，虽然需求也会继续跟着增长，但产能的扩张更疯狂。

　虽然锂离子电池成本偏高是行业发展面临的严峻挑战，但许多企业一直致力于提高锂离子电池的性价比。据EnergyTrend分析师Duff(吕理舜)对锂电池价格的分析结果，锂电池的价格在2017年第一、二、三季度都有少许涨势，但总体而言，近年来随着市场对锂电池的需求持续扩大，锂电池的大规模量产，其成本正在逐年下降，目前的价格足以被商业化开发并广泛利用。

　　此外，动力锂电池衰减到初始容量80%以下后，可以梯次利用到储能领域，进一步降低了储能锂电池的成本。

　　未来发展前景及企业布局

　　储能产业的发展或将延续锂电设备景气度。新能源汽车行业产业的快速发展带动了锂离子电池技术的飞速进步，锂电池成本逐渐下降，同时能量密度也处于上升通道中。随着电池技术和储能行业商业模式的进一步成熟，储能行业将迎来快速的发展，有望延续锂电设备的景气周期。

　　随着电池技术带来锂电池成本的下降和能量密度的提升，以及储能行业商业模式的进一步成熟，储能行业将迎来快速的发展，有望延续锂电设备的景气周期。

　　科陆电子在储能领域发展值得期待

　　科陆电子目前研发的磷酸铁锂电池在DOD90%、0.3C的环境下循环寿命达到7000次(电池剩余容量为60%)，度电成本在0.4元/kWh左右，技术优势达到行业领先水平。2016年10月29日公告增资入股江西科能储能电池系统有限公司，占比49%，子公司一期计划投建4亿AH(安时)全自动高性能锂离子储能电池生产线，配套1万吨磷酸铁锂项目及相应的隔膜、极片制造工厂，预计今年投产，电池成本有望进一步下降。

　　比亚迪储能产品畅销欧美

　　目前比亚迪储能产品市场推广及发展比较成熟，在欧美市场有一定的影响力，目前在美国PJM调频市场公司产品份额占据50%以上，总供应容量达132MW。此外公司在坪山有20MW、40MWh的电站，主要应用场景是削峰填谷。

　　南都电源储能系统商用化模式迅速发展和落地

　　南都电源“投资+运营”的储能系统商用化模式迅速发展和落地。累计完成签约容量近1000MWh，其中在建项目容量150MWh，待建项目容量150MWh，投运项目容量近30MWh，2016年实现储能业务收入1.70亿元，目前公司储能盈利模式以削峰填谷为主，度电峰谷差利润预计可以达到0.25~0.3元，大规模的项目落地对公司业绩将产生积极影响。

　　南都国际投资对象为全资子公司NaradaGermanyGmbH，主要用于建设一期总容量为50MW的调频储能电站，以参与德国调频市场服务。德国目前市场容量超过800MW，如果扩展到整个欧洲互联电网，容量超过3000MW。德国一次调频市场采用每周竞价的方式参与服务，过去8年平均收益为3000欧元/MW/周，良好的市场环境促使公司投资海外，在此过程中，公司将实现对调频储能市场的深入参与及深刻理解，同时为公司在未来储能市场的全球布局打下坚实基础。

　　睿能世纪做成3个电池储能调频项目

　　目前瑞能世纪提供的整套调频系统核心组成包括集装箱电池系统、储能逆变器、火电储能联合调频控制系统和实时监控系统。公司在2013年9月做的京能集团北京石景山电池储能联合调频2MW项目是全球首例火电储能调频项目，目前公司已在华北区域做成了3个调频项目，总调频容量为20MW。

从市场的长期发展来看，随着锂电池成本持续下降，锂电池储能路线适用范围广，再加上我国政策陆续推进，未来储能市场最具发展潜力。