锂电池是人类的未来 但谁又是锂电池的未来?(2)

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

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。