电池知识
锂离子、磷酸铁锂、锰酸锂、新能源
电池知识
锂离子、磷酸铁锂、锰酸锂、新能源
在新能源汽车刚刚进入市初期，进口与自主纯电动车型，最分明的差别就在于续航。介于技术与成本问题，自主品牌普遍选用磷酸铁锂动力锂离子电池。当年150公里的标杆续航，加上低温衰减严重，再加上难以寻觅的充电网络，敢于选购纯电动车型的早期车主，是绝对的“勇者”。
彼时，一句来自北京近郊出租司机的吐槽，令“E车汇”记忆尤深，“就这车夏天开空调也就能跑120公里，冬天不开空调才60公里，拉活连摩的都干不过。”正因如此，即使政策与补贴大力扶持，纯电动车型依旧无人问津。反观要燃油指标、价格破百万的特斯拉ModelS，因高续航与高话题性备受欢迎，一度成为平行进口、二手车商眼中的“红人”。
随后，为寻求续航里程的冲破，自主品牌纷纷将目光转向三元锂电池，磷酸铁锂的坚实拥护者比亚迪与腾势，也最终倒戈三元锂电池。依据相关资料显示，2016年三元锂电池的装机量为6.3GWh，市场份额为22.6%；至2019年，三元锂电池的装机量达38.5GWh，市场份额也攀升至61.7%。不过，就在磷酸铁锂的市场占比却逐年下降的之际，比亚迪与特斯拉先后宣布，将通过“刀片电池”技术重启磷酸铁锂电池以及采用“无钴化”电池。
难道方向错了？磷酸铁锂卷土重来
早在2018年，特斯拉马斯克就表示要实现电池“无钴”化，近期更是传出特斯拉与宁德时代正就“无钴”电池技术进行商讨。紧接着比亚迪展示了最新刀片电池，并表示搭载新型电池的比亚迪汉EV即将接受市场考验。
首先简单解释一下磷酸铁锂电池与三元锂电池的“爱恨情仇”，续航一直是评定纯电动车型的基础要素，不过受制于动力锂离子电池布局空间，简单的堆积电池并不能完全处理问题，因此提升电池能量密度便成为冲破方向。再加上国内补贴政策的倾斜，长续航、高密度成为车企技术靠拢方向，三元锂电池一度成为新车核心卖点。
实际上，磷酸铁锂与三元锂电池最大的差别在于正极材料的不同，磷酸铁锂电池正极材质为磷酸铁锂，三元锂电池则采用镍钴铝或镍钴锰。三元锂电池的优点在于高能量密度，缺点在于成本与安全隐患。目前，主流厂家已经通过技术手段，新增电池主动温控系统控制热失控风险，但原材料成本问题暂时无法通过技术手段处理。
依据真锂研究的数据显示，截至2019年年底，国内三元锂电池组的单价为1.05元/Wh；磷酸铁锂电池组的单价为0.8元/Wh。因此，在补贴大幅下降的背景下，磷酸铁锂电池又重新被重视。
比亚迪“刀片”划破三元锂封锁
在国内乘用车普遍搭载三元锂电池的情况下，磷酸铁锂电池依旧占据近40%的市场占有率，紧要贡献在于对安全性需求极高的商用车范畴。比亚迪虽然在乘用车让步三元锂电池，而在商用车范畴并没有遗失自身优点。
在磷酸铁锂电池能量密度并未冲破的前提下，比亚迪在电池结构与电池组设计方面进行了改善，刀片电池采用长条形状，并列排布在动力锂离子电池组内部。紧密的排列结构，取代了动力锂离子电池组内部原有的横梁与纵梁结构，并减少不必要的模组外壳结构，有效提升了电池组内部空间使用率，从而提升整体电池组能量密度。
与此同时，刀片电池不仅能笔直封装成动力锂离子电池模组，并新增温度管理系统接触面积，提高冷却或加热性能，降低温控系统的额外损耗。同时，不同车型只需改变刀片电池长短，便可适应不同车型，加强了刀片的电池适应性。
三元锂电池固然在能量密度方面，有着很强的拓展能力，但高活性带来的高密度也有着高风险。进入2019年之后，因热失控导致的自燃情况分明新增，安全问题逐渐成为焦点。近期比亚迪就针对安全问题，展示了三元锂电池、磷酸铁锂块状电池、比亚迪刀片电池受针刺之后的不同表现。
当钢针将动力锂离子电池电芯刺穿导致电芯发生短路时，三元锂电池出现剧烈温度变化，表面温度迅速超过500℃，且发生极端热失控剧烈燃烧。传统磷酸锂电池在被刺穿后虽未有明火，但是冒白烟且表面温度达到200℃-400℃。刀片电池在被穿透后，无明火、无烟，同时电池表面温度仅为30℃-60℃。我国科学院院士欧阳明高认为：“这紧要得益于刀片电池神奇的设计特性，使得它在短路时产热少、散热快。”此外，比亚迪内部工程师向“E车汇”透露：“至2021年包括纯电、插混车型均会普及刀片电池的使用。”
特斯拉要怎么样玩转“无钴”化
除了比亚迪之外，今朝特斯拉也在追求新型电池的路上越走越远。2018年，特斯拉CEO马斯克公布推文称，Model3的电池中有不到3%的钴，将改进技术，争取在下一代电池中完全抛弃钴。特斯拉传出“无钴化”后，导致钴板块的股票大跌，磷酸铁锂相关股票多日涨停。
实际上，从2017年开始全球钴材料价格走势就继续走高。已经看到国产Model3因价格优点，销量继续走高的特斯拉。从落地国产之后，一直不断加快零部件国产化，作为成本核心的动力锂离子电池，特斯拉一方面已经与宁德时代达成协议，另一方面也在探讨“无钴化”电池的可行性。
尽管磷酸铁锂在价格与安全方面，有着其固有优点，但其能量密度提升空间并不大。以高续航赢得市场关注的特斯拉，固然不会自废武功。实际上，特斯拉看上的是宁德时代的CTp无模组动力锂离子电池组技术。
在纯电动车上，电池并不是裸露的单独存在的，要众多用众多电芯组成电池模组，通过串并联新增电池容量或电池电压，同时还要配备电池管理系统、温控装置、保护壳体等等。这些额外新增的重量，都要平摊电池能量密度。
宁德时代的CTp无模组动力锂离子电池组技术简单来说，就是去除了电池模组概念，采用模块化设计，新增动力锂离子电池的满舱率。一方面降低额外重量，另一方面新增装载量。目前，宁德时代为大众e－Delivery系列车型供应的CTp磷酸铁锂电池的电池组，能量密度已经达到160Wh/kg，因此磷酸铁锂电池的能量密度与续航能力不再是问题。
目前，宁德时代的CTp电池组零部件数量减少40%，CTp电池组体积利用率提高了15%-20%，加工效率提升了50%，可大幅降低动力锂离子电池的制造成本。因此，才让特斯拉看到了国产车型使用“无钴化”电池组的可能。
在“E车汇”看来，控制电池成本一直是车企冲破方向，早在2019年，江淮推出的iEV7L便装配磷酸铁锂电池，保障终端售价足够亲民。如今在磷酸铁锂电池技术仍未大幅冲破的前提下，宁德时代与比亚迪通过改善电池结构，优化内部不必要的额外重量，提升整体电池组能量密度，同时兼顾成本与续航需求，让磷酸铁锂电池重获竞争力。
不过，关于磷酸铁锂电池的重回主角，也有不少反对的声音。因此，乘联会秘书长崔东树认为：“磷酸铁锂电池能量密度暂无任何冲破，不会在近期有重大冲破，预计相比2019年市场占有率会有所下降。”
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