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锂电池是人类的未来 但谁又是锂电池的未来?
由于我国新能源车率先在商用车领域爆发,前些年使用铁锂电池更多一些;随着电动车革命的深入,乘用车销量的爆发,三元电池的占比会逐步提高。但无论如何两者将长期共存,国内领先的电池企业也必将选择两条腿走路(同时生产三元电池和铁锂电池)的战略。

锂电池是人类的未来 但谁又是锂电池的未来?

去年这个时候,我曾写了一系列文章,用以讨论动力电池技术路线的选择,其中详尽对比了锂电池、燃料电池、超级电容的优劣。

最终结果是锂电池轻松胜出。

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。

而且,一旦锂动力电池经过十多年的发展,全产业链上下形成稳定、完整、成熟的配套后(产业配套是巨大护城河,整个产业链成熟起来,投资可能需要数万亿,这是任何其他新的技术路线难以逾越的障碍),锂动力电池的技术路线就更加难以动摇。

所以,锂电池是这场擂台赛中毫无疑问的冠军。

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。

由于我国新能源车率先在商用车领域爆发,前些年使用铁锂电池更多一些;随着电动车革命的深入,乘用车销量的爆发,三元电池的占比会逐步提高。但无论如何两者将长期共存,国内领先的电池企业也必将选择两条腿走路(同时生产三元电池和铁锂电池)的战略。

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。

当不久的将来,上游原材料的价格发生变动,碳酸锂和三元的成本孰高孰低还未可知。

这一项,二者平手。

5、充电倍率

先说结论吧,在充电倍率方面磷酸铁锂大幅度的领先。

其实前年在阐述电池寿命的时候就已经能得出结论:磷酸铁锂电池在高充电倍率下,寿命明显好于三元电池。

美国a123公司(现在为万向子公司)甚至在实验室里做出了25C倍率充电的磷酸铁锂电池(25C倍率充电意味着60÷25=2.4分钟把电池充满)。

充放电倍率方面,铁锂大幅度胜出。

6、电池单体一致性

使用镍钴铝三元的特斯拉model s的电池组中有7000节小电池串联、并联在一起,如果电池的一致性存在问题,那么后果就是灾难性的,因为串联电池有一个木桶原理,性能最差的那一个电池影响电池组整体性能。

但使用磷酸铁锂的2014款秦混动车却出现了让人焦头烂额的问题,标定13kwh的电池,使用一年多以后很多车主就在反映只能充进去8kwh的电量,衰减厉害。

前面我不是说磷酸铁锂寿命更长吗?怎么会出现这样的现象,这其实就是电池单体一致性的问题。

其实比亚迪2014款"秦"电动车所使用的电池,单个拿出来绝大部分可能没有什么问题,电池返厂均衡后也能恢复原先的性能,但唯独电池成组后就出问题了。

其实电池一致性问题并不是没有办法,办法主要有两个,一个是升级工艺,提升工厂自动化水平以及控制精度。

另外一个就是做大单体电池容量,2014秦使用的是27AH的电池单体,而比亚迪K9则使用270ah单体容量的电池单体,相比于秦,K9的问题就少很多甚至不存在电池一致性问题。

最后就是改进电池管理系统(BMS),这一方面我们也确实落后于欧美日。

相比于2014款秦,2015年推出的秦由于使用了全新的电池管理系统,在每一个小节的电池上都加装了控制器方便更好的操控并且额外多出8节电池(就是说实际容量大于标称)。

电池一致性的问题已经解决很多,但无论如何,在一致性方面,磷酸铁锂落后于三元电池。这一局:三元胜。

7、低温性能

这一项结论很清晰:磷酸铁锂低温性能差,三元更优。

冬天里,电动车的续航里程都要变短,但磷酸铁锂电池问题更严重一些。但到底缩减多少呢?

还是要拿出清晰的数据来说话,就以新款400公里续航的比亚迪e6为例,进入冬天后车主纷纷反映续航只能做到原先的60%,也就是240公里。

但这不能全怪罪于电池,根据热胀冷缩的简单原理,我们就知道进入冬天后,汽车的胎压会降低,而胎压低则是导致续航缩短的重要原因,当车主注意胎压以及脚法后,续航可以恢复到标称的70%~75%,达到近300公里的续航,比标称的400公里少100公里。

问题是这100公里的续航哪里去了呢?答案在于空调。

传统燃油车能量转换效率只有不到30%,剩余70%的能量以废热的形式散发,进入冬天以后,汽车打开暖风并不需要额外消耗汽油,只需要把发动机散发出的废热吹送到驾驶室即可。

但电动车电机能量转换效率达到了90%,并没有额外的废热,如果冬天要开空调,就只能额外消耗电池里的能量。所以续航里程的缩减并不能完全怪罪于磷酸铁锂的低温性能差。

使用三元电池的北汽ev200在冬天里一样明显缩减,而且由于电池整体容量更低,本来续航只有200公里,打七折之后更只剩下140公里了,司机们叫苦不迭。

针对冬天,磷酸铁锂电池也有很多应对办法,例如材料纳米化以及碳包覆,还有一个更简单有效的办法,就是给电池组安装加热装置。

综合来看,低温对磷酸铁锂电池组对整体性能的影响<10%。另外,由于三元电池也或多或少要收到低温的影响,所以两者在低温下的性能实际差别其实就更小了。

但无论如何,低温性能成为磷酸铁锂的一个短板,这一局三元胜!

以上7个方面的分析,几乎覆盖了动力电池新能指标的各个方面,在七场对决中,三元和铁锂惨烈厮杀,痛苦角逐,互有胜负,也有平手。

那么这7场对决后,我这个裁判能给出最终的结论吗?或是你们这些读者、观众更给出自己内心的判断吗?到底谁才是当之无愧的冠军?

作为裁判的我,通过这么多分析论述后,只能遗憾地告诉大家,我无法下一个谁更优的结论,所以本场打擂没有冠军或者都是冠军。

决议

听到这个结果有些人可能要生气了,洋洋洒洒7000字,浪费大家这么多时间和感情,读到这里竟然只得到了平局结论,我这岂不是欠揍?!且慢,我们接着看下去。

虽然我不能给出一个简单的结论,直接说出谁优谁劣,但是结合具体应用环境,就会有清晰的答案,因为一些具体的应用环境,会彰显某一方面的有点,遮蔽某些方面的劣势。

1、储能应用情境

这还用说吗!这个应用情景磷酸铁锂获得压倒性的胜利。

储能电站动辄上数千千瓦甚至数万千瓦的电池堆放在一块,如果使用三元电池,等同于把成吨的炸

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