前 沿

　　2019年7月新能源汽車動(dòng)力電池實(shí)現(xiàn)鋰電裝機(jī)4.9GWh，環(huán)比下滑25%，同比增加34%，具體來(lái)看，本月鐵鋰電池裝機(jī)反超三元，環(huán)比增加59%，占比一躍至52%，再次占據(jù)半壁江山。在新能源汽車行情低迷情況下，LFP電池為何會(huì)逆勢(shì)回升?其實(shí)鐵鋰電池的市場(chǎng)一直存在，需求仍在增長(zhǎng)，而且鐵鋰電池廠家的技術(shù)升級(jí)從未停止，更重要的是，磷酸鐵鋰電池的高安全、低成本和長(zhǎng)壽命特征仍是其他類型電池努力追趕的目標(biāo)。如果我們回歸人類對(duì)于能源和交通的需求的本質(zhì)來(lái)看待電池的路線之爭(zhēng)，可能觀點(diǎn)會(huì)有所不同。

人類文明時(shí)代電池路線之爭(zhēng)該何去何從

　　當(dāng)下的文明多半是建立在能源消耗基礎(chǔ)之上的，石油資源面臨枯竭，即使勘探技術(shù)的進(jìn)步能夠幫助人類發(fā)現(xiàn)一些新的化石能源，但這畢竟有限，對(duì)于迅速增長(zhǎng)的能源需求來(lái)說(shuō)，這只是滄海一粟。而人類的未來(lái)很可能取決于我們能否盡快擺脫化石燃料帶來(lái)的污染以及日益減少的供應(yīng)能力?；诃h(huán)境和能源兩大因素，可以認(rèn)為全球新能源改革的浪潮已經(jīng)到來(lái)。

　　能源和交通是現(xiàn)代人類文明發(fā)展的兩大基石，而能將二者完美結(jié)合起來(lái)的紐帶就是新能源汽車及其車載動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)。新能源汽車作為很有前途的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，若想與傳統(tǒng)燃油車分庭抗禮乃至取而代之，僅靠政策的出臺(tái)以及民眾意識(shí)的轉(zhuǎn)變恐怕是沒(méi)有支撐力的，此刻電池技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步顯的尤為重要。在現(xiàn)有的二次電池技術(shù)中，能量密度相對(duì)較高、綜合性能表現(xiàn)最佳的鋰離子電池是不二之選。

　　如同電動(dòng)汽車發(fā)展路線之爭(zhēng)一樣，在2006年前后磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)興起的那一刻開(kāi)始，車載動(dòng)力電池是走錳鋰路線還是鐵鋰路線，乃至今日是走三元路線還是鐵鋰路線，這樣的爭(zhēng)論就一直未曾停歇。從理論角度看，各有各的優(yōu)勢(shì)，也各有各的劣勢(shì)，難分伯仲。而當(dāng)下動(dòng)力電池呈現(xiàn)出多技術(shù)路線共同發(fā)展的趨勢(shì)，主要圍繞著鐵鋰、三元、錳鋰三種材料，各自在各自的應(yīng)用領(lǐng)域風(fēng)生水起，占據(jù)一定的市場(chǎng)份額，但相較而言，新能源汽車領(lǐng)域三元電池更占據(jù)主導(dǎo)地位。

　　而隨著儲(chǔ)能市場(chǎng)的興起，發(fā)展前景無(wú)限的儲(chǔ)能市場(chǎng)逐漸成為鐵鋰電池未來(lái)的“風(fēng)口”。鐵鋰電池由于超長(zhǎng)壽命、安全可靠、成本低、自燃概率低、相較三元更加耐熱等特點(diǎn)，在儲(chǔ)能市場(chǎng)已經(jīng)獲得通行證。未來(lái)儲(chǔ)能市場(chǎng)可以用萬(wàn)億元的產(chǎn)值來(lái)衡量，向儲(chǔ)能領(lǐng)域轉(zhuǎn)移，將會(huì)延長(zhǎng)鐵鋰電池的價(jià)值鏈條，推動(dòng)全新商業(yè)模式的建立。

　　那么，最終該選擇哪種電池技術(shù)路線?就當(dāng)下新能源汽車產(chǎn)業(yè)增速放緩、儲(chǔ)能市場(chǎng)仍處于產(chǎn)業(yè)孕育期來(lái)看，路線之爭(zhēng)花落誰(shuí)家還尚未可知，但毫無(wú)疑問(wèn)，人類需要的是更安全、更環(huán)保、更節(jié)約能源的電池產(chǎn)品，這就意味著電池企業(yè)需要與上下游配套企業(yè)相結(jié)合，從成本、安全、可靠、性能等多個(gè)維度去分析，從而選擇出一個(gè)最佳的電池技術(shù)路線。

　　真鋰研究認(rèn)為，未來(lái)幾年，對(duì)循環(huán)壽命、安全性要求更高的儲(chǔ)能市場(chǎng)、公交車市場(chǎng)以及對(duì)價(jià)格較為敏感的低端乘用車市場(chǎng)將是鐵鋰電池發(fā)展的重要舞臺(tái)，而對(duì)能量密度、功率特性要求更高的中、高端乘用車市場(chǎng)將由三元電池主導(dǎo)。相信，隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展以及儲(chǔ)能市場(chǎng)的爆發(fā)，鐵鋰電池和三元電池或?qū)⑹腔檠a(bǔ)充、相輔相成的關(guān)系。

　　其實(shí)現(xiàn)在對(duì)電池路線下結(jié)論還為時(shí)尚早，當(dāng)下首要思考的關(guān)鍵問(wèn)題是電池到底能不能滿足產(chǎn)品需求。2019年1-7月鐵鋰電池回潮信號(hào)不斷釋放，表現(xiàn)亮眼，江淮、奇瑞、北汽新能源等車企紛紛向鐵鋰電池拋出“橄欖枝”，前景無(wú)限的儲(chǔ)能市場(chǎng)鐵鋰電池開(kāi)始發(fā)力，這都指向鐵鋰電池將再次迎來(lái)春天，究竟鐵鋰電池能不能滿足產(chǎn)品的需求?下文我們將多維度對(duì)鐵鋰電池優(yōu)劣勢(shì)進(jìn)行分析。

鐵鋰技術(shù)升級(jí)從未停止

　　鐵鋰電池唯一的短板是能量密度低，業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為單體180Wh/kg的能量密度是磷酸鐵鋰電池的“天花板”。根據(jù)真鋰研究鋰電裝機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)分析，2019年量產(chǎn)的鐵鋰電池單體能量密度年均水平在165Wh/kg左右，而一些優(yōu)秀的電池廠家已經(jīng)可以做到180-190Wh/kg的水平。相比于前年的142Wh/kg以及去年的158Wh/kg，三年時(shí)間內(nèi)，電池企業(yè)在鐵鋰電芯能量密度提升上可謂苦心造詣，年年都有“量”的突破，今年索性實(shí)現(xiàn)“質(zhì)”的飛躍。

　　作為鐵鋰電池的代表企業(yè)，國(guó)軒高科在產(chǎn)品端交出了亮眼答卷，成功打破這一“天花板”，其開(kāi)發(fā)的圓柱鐵鋰電芯能量密度可達(dá)到190Wh/kg，該產(chǎn)品已在江淮iEV7L上裝車使用，成組后電池包能量密度接近三元622電池同等水平。然而國(guó)軒高科看似并未滿足當(dāng)前成績(jī)，還計(jì)劃進(jìn)一步提高鐵鋰電池的電芯能量密度，預(yù)計(jì)突破200Wh/kg。如果鐵鋰電池能夠破除能量密度這一短板，鐵鋰電池的前景便是一馬平川。

　　相對(duì)三元電池來(lái)說(shuō)，鐵鋰電池在電芯能量密度上不占優(yōu)勢(shì)，但由于鐵鋰自身材料穩(wěn)定優(yōu)勢(shì)及電池包結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)技術(shù)不斷升級(jí)優(yōu)化，鐵鋰電池系統(tǒng)能量密度平均水平與三元電池沒(méi)有明顯差距，并且仍在不斷加碼提升。據(jù)悉，國(guó)軒高科計(jì)劃將鐵鋰單體能量密度提高到200Wh/kg時(shí)，系統(tǒng)能量密度可以提升到160Wh/kg，這貌似又是一個(gè)“質(zhì)”的突破。

　　目前主流電池企業(yè)鐵鋰電池成組效率基本都已經(jīng)可以達(dá)到85%的水平，但是三元電池成組效率只能做到70%水平，二者電池包結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)技術(shù)還是存在一定差距。

鐵鋰降成本更顯成效

　　其實(shí)無(wú)論今后是發(fā)展哪一種技術(shù)路線，首先都需要考慮如何實(shí)現(xiàn)快速降成本問(wèn)題。由于技術(shù)進(jìn)步以及原材料降價(jià)，我國(guó)動(dòng)力電池成本確實(shí)得到進(jìn)一步下降。

　　(1) 原料端實(shí)現(xiàn)電芯降成本

　　鐵鋰電池正極原料中除了碳酸鋰價(jià)格相對(duì)較高以外，其他原料都相對(duì)便宜很多，而三元電池中的鎳、鈷原料價(jià)格相對(duì)較貴。當(dāng)前鐵鋰正極價(jià)格為4.65萬(wàn)元/噸，而三元523正極價(jià)格為13萬(wàn)元/噸，約是鐵鋰正極材料價(jià)格的3倍。此外，根據(jù)圖表5、6，真鋰研究計(jì)算得知，鐵鋰電池系統(tǒng)中正極材料僅占成本的14%，而三元電池系統(tǒng)中正極材料僅占成本的27%，昂貴的鈷價(jià)和鎳價(jià)抵消了三元電池能量密度優(yōu)勢(shì)。目前鐵鋰電池系統(tǒng)成本已降至0.7元/Wh，三元電池系統(tǒng)成本在0.9元/Wh左右徘徊。

　　(2) 自供原材料實(shí)現(xiàn)電芯降成本

　　在動(dòng)力電池成本結(jié)構(gòu)中，四大材料總成本占比接近40%。材料的性能和價(jià)格直接決定了鋰電池的性能和價(jià)格。根據(jù)圖表7、8，真鋰研究測(cè)算，自供原材料的電池企業(yè)其四大原料合計(jì)成本價(jià)格比外購(gòu)原料的電池企業(yè)價(jià)格低20%，電池毛利率高10%。

　　不同于單純做材料或者做電芯的企業(yè)，自主研發(fā)材料的電芯企業(yè)，需要對(duì)材料有更深的認(rèn)識(shí)，一旦材料在電芯端應(yīng)用出現(xiàn)任何問(wèn)題，需要快速在前端做出適當(dāng)調(diào)整，通過(guò)這種材料和電芯端的不斷反復(fù)磨合，最終實(shí)現(xiàn)材料和電芯的最佳匹配，同時(shí)也可以促進(jìn)材料開(kāi)發(fā)水平的進(jìn)步。

　　在降成本領(lǐng)域，國(guó)軒高科深諳其道，早早地在材料端做起了文章，“不許外購(gòu)”的“鐵律”使得國(guó)軒高科占得市場(chǎng)先機(jī)，掌控了材料端的話語(yǔ)權(quán)。國(guó)軒高科在電池的正極材料、負(fù)極材料、隔膜和電解液等原材料端，均已形成較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈布局，其領(lǐng)先于同行業(yè)的材料技術(shù)優(yōu)勢(shì)和全產(chǎn)業(yè)鏈布局優(yōu)勢(shì)極大地減輕了成本壓力。

　　(3) 提升容量減少輔材降成本

　　通過(guò)使用大容量電芯，以節(jié)省外殼輔助材料成本。根據(jù)測(cè)算，特斯拉Model3采用的全新21700電池，相比18650電池在外觀上變長(zhǎng)變粗，減少了10%左右的組件和重量，單體電池容量提升約35%，能量密度提高20%，電池系統(tǒng)成本降低約9%，售價(jià)降低約8%。

　　(4) 電池包設(shè)計(jì)一體化降成本

　　采取電池包和整車底盤一體化設(shè)計(jì)，即將部分電池包的承重轉(zhuǎn)移到底盤上，從而實(shí)現(xiàn)輕量化，且能夠?qū)崿F(xiàn)電池組較大幅度降本。目前特斯拉與大眾已經(jīng)跳過(guò)PACK“T字、工字型、土字型和田字”架構(gòu)，積極推進(jìn)電動(dòng)底盤一體化。

　　(5) 全生命周期梯次利用降成本

　　長(zhǎng)壽命性能給退役的動(dòng)力鐵鋰電池帶來(lái)新的價(jià)值。鐵鋰電池退役后，可以進(jìn)入梯次利用市場(chǎng)，例如鐵塔基站，分布式儲(chǔ)能等領(lǐng)域，從而進(jìn)一步降低鐵鋰電池全生命周期成本，使得鐵鋰技術(shù)路線更具成本優(yōu)勢(shì)。

鐵鋰循環(huán)壽命超長(zhǎng)

　　電池壽命就是電池在多次完全充放電后的電量衰減，一般電動(dòng)車電池充滿后衰減到原有80%電量就代表電池該換了。

　　鐵鋰電池完全充放電循環(huán)次數(shù)大于3500次后電量才會(huì)衰減到原有的80%，按照一天充放電一次計(jì)算，也就是說(shuō)鐵鋰電池使用壽命可長(zhǎng)達(dá)十年左右，這意味著電動(dòng)汽車在整個(gè)生命周期內(nèi)，用戶基本不需要更換電池。但三元電池比鐵鋰電池壽命要短一些，完全充放電循環(huán)大于2000次就會(huì)衰減到原有的80%，其使用壽命僅有6年，當(dāng)然通過(guò)電池管理和車輛電控系統(tǒng)也可以稍微延長(zhǎng)一點(diǎn)電池壽命，但是也只能是稍加延緩，兩者壽命之間的差距可見(jiàn)一斑。

鐵鋰安全性有保障

　　三元技術(shù)路線和鐵鋰技術(shù)路線本質(zhì)區(qū)別在于電芯所選用的正極材料不同。鐵鋰技術(shù)路線的電芯正極材料是磷酸鐵鋰，三元技術(shù)路線的電芯正極材料是三元材料，而磷酸鐵鋰的熱分解溫度要高于三元，并且熱分解過(guò)程中，放熱量小。一般磷酸鐵鋰材料熱分解溫度約為250～270℃，三元材料的熱分解溫度約為220～240℃。

　　下圖展示的是1款LFP電池和3款NCA電池針刺實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其中3款NCA電池針刺均失效且火花四射，場(chǎng)面壯觀，而LFP電池則像個(gè)安靜的女子。

　　三元電池最大的問(wèn)題就是熱穩(wěn)定性較差，電池中可燃的電解液、碳材料一點(diǎn)就著，產(chǎn)生的熱量進(jìn)一步加劇正極材料分解，在極短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)爆燃。此外，三元電池短路時(shí)放出的熱量會(huì)造成電池?zé)崾Э?，電池溫度?huì)迅速升至300℃以上，存在自燃風(fēng)險(xiǎn)。因此三元電池對(duì)電池管理系統(tǒng)的要求非常高，需要防過(guò)溫保護(hù)裝置和電池管理系統(tǒng)來(lái)保護(hù)電池的安全。

　　不同于三元電池，鐵鋰電池最大的優(yōu)點(diǎn)就是安全，磷酸鐵鋰的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，電熱峰值可達(dá)350℃-500℃。在面對(duì)撞擊、針刺、短路等情況時(shí)不會(huì)釋出氧分子，不會(huì)產(chǎn)生劇烈的燃燒。

　　由于鐵鋰正極材料的高熱穩(wěn)定性以及熱失控時(shí)低放熱量，在電芯其他材料相同，電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相同，結(jié)構(gòu)件相同等條件下，鐵鋰電池較三元電池還是有著明顯的安全優(yōu)勢(shì)。

總結(jié)

　　鋰電行業(yè)將進(jìn)入市場(chǎng)需求拉動(dòng)行業(yè)增長(zhǎng)的階段，電池技術(shù)路線的選擇權(quán)將交給市場(chǎng)，而安全性高、生命周期較長(zhǎng)、有較高性價(jià)比的產(chǎn)品最終才能成為市場(chǎng)的主要需求，加之新能源汽車市場(chǎng)需求的多元化和細(xì)分化，磷酸鐵鋰的未來(lái)或許比一些人想象的樂(lè)觀的多。而如果回歸人類能源文明與交通文明的角度來(lái)看待電池的路線之爭(zhēng)的問(wèn)題，那么高安全、長(zhǎng)壽命、低成本消耗的磷酸鐵鋰電池也將有更大的發(fā)展空間。