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【行業焦點】比亞迪為什么堅持使用磷酸鐵鋰電池?

從電動汽車列入國家863高科技發展計劃,到新能源汽車產業列入國家七大戰略新興產業,國家四部委從2009年開始實施兩輪新能源汽車補貼政策,中國新能源汽車產業近十年來得到了快速的發展,但中國新能源汽車動力鋰電池的發展一直存在方向性爭議---錳酸鋰、三元鋰、磷酸鐵鋰之爭始終沒有平息。
拋開復雜的技術孰優孰劣之爭,我們只要搞清楚中國新能源汽車產業要得到快速發展,真正能實現彎道超車的關鍵因素和依托點到底是什么,那么,新能源汽車動力鋰電池的方向選擇,就不應該是一個復雜的問題。
事實上,這些關鍵因素和依托點,業界早已形成了共識:一是,中國新能源汽車的發展,必須保證使用安全可靠、性能穩定和成本低廉的動力電池,其中,安全可靠是首位的,沒有安全就不會有新能源汽車產業的未來;二是,在技術上應該能超越和領先發達國家和地區的,而非總是處于追趕狀態,只有這樣,中國新能源汽車產業才能真正實現彎道超車。
搞清楚了中國新能源汽車發展的關鍵因素和依托,針對我們行業的現實情況,再來比較一下三元和磷酸鐵鋰的現狀與發展方向。
一、如果繼續發展三元,我們的動力鋰電池將永遠處于追趕狀態,不僅實現不了彎道超車,而且將喪失新能源汽車的安全性。
目前,改性錳酸鋰和三元鋰的核心技術,都掌握在日韓企業手中。尤其是三元鋰,無論是技術、工藝還是設備,日韓行業龍頭都已達到非常成熟穩定階段。
目前,三洋、松下和三星SDI的18650三元鋰電池,容量已做到3.1AH以上,而國內最知名的三元鋰電池企業的18650電池,容量也不過做到2.2AH左右。三洋、松下和三星SDI批量生產的18650三元鋰電池,在電壓、容量、內阻、放電平臺、恒流比等幾項關鍵電池指標的一致性已超過90%,可以不用分容配檔即可成組,而國內最優秀的三元鋰電生產企業也無法做到。
如果中國新能源汽車動力電池的發展方向定位于發展三元鋰電,不僅長期處于追趕日韓企業狀態,而且因缺乏關鍵技術、工藝和設備,已陷入到了一個發展瓶頸。
以容量提升為例,國內最優秀的18650型三元鋰電池,容量在2.2AH左右已不斷出現安全問題,如果沒有大的技術和工藝突破,僅在材料改性方面或提高極片壓實密度來提升容量,不僅會大幅降低電池的循環性能,更嚴重的是,三元鋰電的安全性問題會更加突出。
使用安全,是新能源汽車發展三大關鍵要素之首。特斯拉采用了三元鋰電中最好的松下電池,也避免不了五周之內三次著火。萬幸的是,有特斯拉先進的整車安全設計才沒有引發人身傷亡,而中國新能源汽車企業在整車安全設計方面,又有幾家能達到特斯拉的水平?
技術嚴重受制于日韓企業,規模也遠不如日韓企業巨頭。三星SDI今年一次性將18650-2.2AH的電池銷售價格降至1美元/只,幾乎將國內同行逼上絕境。
在國內三元動力電池性能和價格都無法與日韓巨頭相比的情況下,如果我們在新能源汽車動力電池上堅持三元路線,恐怕我們還在追趕路上,就已經被國際巨頭給扼殺了,更無從談什么彎道超車。最終結果將跟傳統汽車發展一樣,高端車和核心技術依然源自國際巨頭,即使我們讓出了市場也換不回核心技術。
磷酸鐵鋰電池則不同。日韓企業基本沒有涉足,國際主要競爭對手來自美國。雖然兩個基礎專利有一個在美國(A123和Valence是美國磷酸鐵鋰電池的主要代表),但中國與美國的技術水平相差不大,而且中國是全球在磷酸鐵鋰領域投入最大、產銷量最多的國家。
隨著萬向集團收購了A123,事實上中國企業已經掌握了磷酸鐵鋰電池全球最高端的技術和工藝。而磷酸鐵鋰電池在安全性和循環壽命上相對于三元鋰電的絕對優勢,正是中國新能源汽車關鍵要素所在和發展所需。只要明確其發展地位,加大投入固化這一優勢,中國新能源汽車就完全有彎道超車的可能。
二、選擇三元,頂層設計缺乏前瞻性,全球鎳、鈷資源緊張,其大量應用將導致市場價格暴漲,尤其中國這兩種元素的貯量根本無法支撐。
三元鋰電的材料配方,無論是鎳鈷錳酸鋰,還是鎳鈷鋁酸鋰,都離不開兩種貴金屬,即鈷和鎳。這兩種金屬在中國都很匱乏,在全球儲量也有限。其中,中國鈷的使用量90%以上都需要進口,鎳主要用于不銹鋼生產,這兩種貴金屬都有國際期貨交易,價格不僅高且波動很大。
如果中國確定以三元鋰電為主要的動力電池發展路線,按照政府規劃,到2020年,新能源汽車產能達到200萬輛,新能源汽車保有量達到500萬輛。按每輛新能源汽車動力電池平均帶電量80KWH計算,500萬輛新能源汽車所需電池就達4000億WH電池,這還不包括用于更換和備用的電池。這種需求一旦推向市場,將很快推動鈷、鎳期貨價格暴漲,從而帶動其現貨市場價格暴漲,三元鋰電未來的價格走勢將直線上升。
中國新能源汽車推廣沒有達到政策預期目標的一個很大的原因,就是價格居高不下。其中,最重要的原因,就是占據新能源汽車成本近50%的動力鋰電池價格居高不下。三元路線的結果,就是新能源汽車價格更高,要求政府的補貼也要更多,永遠無法實現市場化推廣。
磷酸鐵鋰電池則剛好相反,不含任何貴金屬,而且生產正極材料的主要原料氧化鐵、碳酸鋰在中國儲量非常豐富。如果下游新能源汽車市場需求放大,其上游材料在規模效應的推動下,成本將直線下降,占據磷酸鐵鋰電池成本超過30%的正極材料價格的下降,將促使磷酸鐵鋰電池價格的迅速下降。
三、整車安全設計上,中國新能源汽車使用三元鋰電作為動力電池,會存在巨大安全隱患。
特斯拉三次著火中,其中一次為金屬片劃破電池引發的,但因特斯拉整車安全設計完善,三次著火并沒有引起人員傷亡。三元材料的脫氧溫度是200℃,放熱能量超過800J/g,三元鋰電無法通過針剌實驗,表明了三元電池在內部短路的情況下,很容易引發安全事故。
目前,中國新能源汽車整車安全設計,短期內根本無法達到特斯拉的水平,使用三元鋰電作為新能源汽車動力電池存在巨大安全隱患。事關乘客人生安全,這種安全隱患哪怕是十萬分之一的發生概率,也是不能接受的。
磷酸鐵鋰電池在高溫下的穩定性,可達390℃以上,保證了電池內在的高安全性,不會因過充、溫度過高、短路、撞擊而產生爆炸或燃燒,可以輕松通過針剌實驗。這一安全性特點,對中國還處于幼稚期的新能源汽車產業來說,是最合適的。
四、從中國新能源汽車使用對象的消費特點和習慣來看,三元鋰電并不適合做中國新能源汽車動力電池。
特斯拉被稱為“富人的玩具”,裝配電池容量設計續航里程為400KM,但大多時候,實際運行也就200KM左右,屬淺充淺放,因而循環壽命有所保障。但中國新能源汽車大多用于公交、政府公務、專用車和居民乘用車,其使用特點是,每天大多有固定線路和頻次要求,屬深充深放,三元鋰電在DOD95%以上的條件下,容量衰減速度很快,循環壽命僅為磷酸鐵鋰電池的一半不到。
新能源汽車平均使用8年以上,動力鋰電池如果處于深充深放的條件下,維持80%以上的容量,三元鋰電使用壽命將不到三年,而磷酸鐵鋰電池基本可以滿足8年的使用要求。
在目前國家相關補貼政策的條件下,首次購買新能源汽車有政府相應補貼,但二次采購電池并無補貼。三元鋰電池在新能源汽車使用周期內,需要更換兩次電池,將極大增加使用者的經濟負擔,而不會為終端使用者所接受。
如果三元鋰電要獲得與磷酸鐵鋰一樣的使用壽命,其只能淺充淺放,需增加至少50%以上的電池容量。如此,其能量密度較高的優勢將喪失,體積將比同性能磷酸鐵鋰電池大,電池重量也會更重,其價格更是遠高于磷酸鐵鋰電池。
2011年5月,裝配了韓國LG化學三元動力鋰電池的美國通用最經典混合動力汽車沃藍達,在美國進行碰撞測試。第二次測試發生了濃煙和明火,第三次測試七天后發生了自燃,因此受到美國國家公路交通安全管理局NHTSA的調查,加上投入市場僅一年的近6000臺沃藍達,因批量出現電池容量衰減至80%以下而大量召回。LG化學作為全球三元鋰電的領導者,其生產的三元鋰電的安全性和容量保持率尚且如此,正說明了三元鋰電事實上并不適合裝配于新能源汽車。
五、磷酸鐵鋰電池將最適合未來電動車的發展。
可以預見的是,未來純電動乘用車、專用車的發展,將具有如下特點:一是形成三類車型,即1.3噸以下,1.3~1.7噸和1.7噸以上。對應每度電,分別實現續航里程10KM、8KM和6KM,對應裝配電池重量,也分別為300KG、500KG和800KG左右。二是所有電池都裝配直流快充和交流慢充兩類充電方式。三是無論車身還是底盤都將使用新材料,走輕型化復合材料路線,如鋁合金、碳纖維復合材料等。
因而,中國未來電動車的發展,對動力電池要求其能量密度高一點低一點都不再是主要問題,因為整車從安全性、重心穩定性設計,需要保持一定的重量。車身和底盤輕一點,電池重一點,將是一種全新的汽車系統設計---車身和底盤進行輕量化設計,磷酸鐵鋰電池組進行配套設計,來保證車身重量和車身重心穩定。
新能源汽車能否大規模普及推廣的關鍵,是使用安全、性能穩定可靠和成本低廉,只有如此,才能為市場所接受和大眾所喜歡。
磷酸鐵鋰電池, 能保證組合能量密度達到100~120WH/KG,加上其最好的安全性和可預見的經濟性,必將是中國新能源汽車動力電池發展的最佳選擇。
我們只有不懷疑、不懈怠和不折騰,相信二十年后,中國的新能源汽車已是大行其道,而其心臟一定是磷酸鐵鋰動力電池。


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