編者按：嚴(yán)格意義上說(shuō)，磷酸鐵鋰電池也是鋰電池的一種。短期內(nèi)，磷酸鐵鋰電池在小型城市代步車、商用車領(lǐng)域依舊有著穩(wěn)定的市場(chǎng)，再加上2021年新能源車政策的取消，磷酸鐵鋰電池在成本方面的優(yōu)勢(shì)將更為受用。固態(tài)電池的意義不在于短期內(nèi)的替代，而是著眼未來(lái)。無(wú)論是技術(shù)特點(diǎn)還是接受度，固態(tài)電池現(xiàn)階段在很多人眼中是一個(gè)完美的選項(xiàng)。
時(shí)至今日，三元鋰電池已成為汽車電動(dòng)化的最核心元素，但面對(duì)將到來(lái)的動(dòng)力電池大洗牌時(shí)代，它雖信心滿滿，但又似乎憂心忡忡。
誠(chéng)然，各個(gè)行業(yè)都會(huì)在不同的時(shí)間節(jié)點(diǎn)開(kāi)啟洗牌工作。一成不變、不求革新之輩很容易被淘汰，相反，勇于創(chuàng)新、著眼未來(lái)的態(tài)度會(huì)讓自身能力值更加強(qiáng)大。結(jié)果則很簡(jiǎn)單，前者被洗掉，后者將取代前者的位置。
20世紀(jì)70年代，鋰離子電池這個(gè)概念首次被提出并開(kāi)始被研究。時(shí)至今日，三元鋰電池已成為汽車電動(dòng)化的最核心元素。
然而，面對(duì)將到來(lái)的動(dòng)力電池大洗牌時(shí)代，它信心滿滿，但又似乎憂心忡忡。因?yàn)榧夹g(shù)，從不承認(rèn)馬太效應(yīng)。
就目前的新能源汽車市場(chǎng)來(lái)看，我們最為熟知的是三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池，可以說(shuō)，這兩種動(dòng)力電池?fù)纹鹆爽F(xiàn)階段的全球電動(dòng)化發(fā)展之路。
不過(guò)，隨著大家對(duì)于續(xù)航里程、充電時(shí)間、安全性等問(wèn)題的愈發(fā)關(guān)注，“老家伙”們開(kāi)始力不從心。人們?cè)谕虏邸⒈г?、忍耐的同時(shí)，期盼著一種集高能量密度、高安全性、高效率充能、低成本于一身的電池類型早日出現(xiàn)。
“老家伙”腹背受敵，燃料電池、固態(tài)電池等“新勢(shì)力”伺機(jī)而動(dòng)，利用燃料電池驅(qū)動(dòng)的車型幾年前就已出現(xiàn)在市場(chǎng)當(dāng)中。那么，在大洗牌時(shí)代到來(lái)之時(shí)，誰(shuí)會(huì)被淘汰出局，誰(shuí)繼續(xù)茍延殘喘，誰(shuí)又將脫穎而出？
鋰電池，最主流也最危險(xiǎn)
準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)，應(yīng)該稱之為“三元鋰離子電池”(以下簡(jiǎn)稱三元鋰電池)。索尼公司在1991年發(fā)布了首個(gè)商用鋰離子電池，革命性地改變了消費(fèi)電子產(chǎn)品的發(fā)展之路。如今，鋰離子電池是絕對(duì)的主流，3C市場(chǎng)一直依賴于它的存在，相對(duì)而言新能源汽車應(yīng)用得則要晚一些。
不過(guò)正如前文所言，若不思進(jìn)取，創(chuàng)新的浪潮早晚會(huì)將你拍打在落后的沙灘上。去年早些時(shí)候，世界上歷史悠久的、最有名望的科學(xué)雜志《自然》刊登了一篇文章，題為《距離鋰電子電池革命僅余10年》，這篇文章指出，鋰離子電池性能和價(jià)格的演進(jìn)速度正在放緩。
深究原因，無(wú)非有二：
其一，技術(shù)瓶頸。電池，從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)是一種能夠?qū)?chǔ)存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的設(shè)備。所以，在晶體結(jié)構(gòu)中可以儲(chǔ)存的電量是有天花板的。就拿手機(jī)來(lái)說(shuō)，隨著硬件水平的不斷提升，手機(jī)自身的技術(shù)與性能呈飛躍式發(fā)展，但配套鋰電池的升級(jí)之路卻依舊步履蹣跚。
較二十年前，可充電鋰離子電池在電池組所儲(chǔ)存能量方面提升了數(shù)倍，看似突飛猛進(jìn)，實(shí)則遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，尤其是相對(duì)于芯片、軟件等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的更新速度?？梢哉f(shuō)，鋰電池從被需求、不可替代、主流，慢慢得在朝“被替代”前進(jìn)。
應(yīng)用到新能源汽車上之后，這種“緩慢”就更加突顯。車企們不可能在一款轎車上放入大量的三元鋰電池，原因很簡(jiǎn)單——重量。隨著車重的同步提升，實(shí)際續(xù)航能力的上揚(yáng)曲線終將歸于平直，再加上充電設(shè)施還未達(dá)到完善的程度，三元鋰電池在動(dòng)力電池領(lǐng)域的發(fā)展勢(shì)必將率先走向抉擇點(diǎn)。
其二，材料。決定三元鋰電池性能的最主要因素是電池兩極的材料，特別是正極材料。鎳、鈷、錳，這三種金屬元素幾乎主宰了一切。其中，鎳元素最大的意義在于提升能量密度；鈷的作用是穩(wěn)定材料的層狀結(jié)構(gòu)，且能夠提高材料的循環(huán)和倍率性能。
不可或缺，導(dǎo)致了沒(méi)得選，這樣一來(lái)，鎳和鈷的價(jià)格在2017年呈現(xiàn)出了持續(xù)激增的狀態(tài)，市場(chǎng)供不應(yīng)求。雖然在2018年下半年出現(xiàn)了下滑，但短期內(nèi)的不可替代仍促使著價(jià)格蓄力反彈。多家正極材料企業(yè)和鋰電池企業(yè)紛紛表示，基于成本原因，一定要尋找替代品。
“NCM811(鎳：鈷：錳=8:1:1))”的出現(xiàn)讓三元鋰電池可以有力回?fù)糍|(zhì)疑。原則上說(shuō)，相對(duì)于已經(jīng)成熟的“532”和“622”，811在鎳的占比上進(jìn)一步得到了提升，能量密度增加的同時(shí)，成本隨之降低。隨著未來(lái)的進(jìn)一步發(fā)展，無(wú)鈷鋰電池也在逐步浮出水面。
但凡事都有兩面性，NCM811也并非無(wú)懈可擊。不止一個(gè)專家曾指出，鎳比例越高，整個(gè)正極材料的熱穩(wěn)定性就越差。高溫不穩(wěn)定、低溫效能低本來(lái)就是三元鋰電池的短板，這樣一來(lái)，安全性成為了必須要優(yōu)先逾越的障礙。
于是很多動(dòng)力電池企業(yè)將重心放在了安全性上，蜂巢能源科技有限公司全球營(yíng)銷副總裁JeffreyYambrick(嚴(yán)博瑞)對(duì)于NCM811十分看好，但也承認(rèn)穩(wěn)定性是必須要關(guān)注的問(wèn)題：“NCM811關(guān)注的問(wèn)題是如何在高溫下保證穩(wěn)定性，我們進(jìn)行了優(yōu)化。在蜂巢能源的研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過(guò)正極材料的改進(jìn)，使得正極材料能夠在零下20—60攝氏度正常工作，高溫140—150攝氏度使得阻抗增大3個(gè)數(shù)量級(jí)形成斷路，保證電芯的安全。”
坦白講，現(xiàn)在談?wù)撊囯姵氐哪┤者€為時(shí)過(guò)早，有朝一日一旦在材料上有所突破，亦或是在能量技術(shù)方面挑破了天花板，三元鋰電池的技術(shù)優(yōu)勢(shì)將有望再一次得到發(fā)揮。
磷酸鐵鋰電池，何去何從
嚴(yán)格意義上說(shuō)，磷酸鐵鋰電池也是鋰電池的一種，其指的是用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。所以，其與三元鋰離子電池最本質(zhì)的區(qū)別在于正極材料。
磷酸鐵鋰電池相對(duì)于三元鋰電池有著明顯的短板——能量密度低，僅憑這一點(diǎn)，似乎就可以一板磚將其拍死。但是別忘了，磷酸鐵鋰電池的優(yōu)勢(shì)同樣突出，之所以在新能源物流車、客車、貨車上普遍采用磷酸鐵鋰電池，最大的原因就是因其高穩(wěn)定性與低成本。
短期內(nèi)，磷酸鐵鋰電池在小型城市代步車、商用車領(lǐng)域依舊有著穩(wěn)定的市場(chǎng)，再加上2021年新能源車政策的取消，磷酸鐵鋰電池在成本方面的優(yōu)勢(shì)將更為受用。
盡管能量密度沒(méi)有鋰電池高，但磷酸鐵鋰電池自身并未停止升級(jí)的腳步，突破200Wh/kg并非癡人說(shuō)夢(mèng)。“在磷酸鐵鋰電池上還是有很多的空間可以繼續(xù)開(kāi)發(fā)出來(lái)，我們到現(xiàn)在一直沒(méi)有放棄磷酸鐵鋰電池，不斷的持續(xù)投入，我覺(jué)得這是一個(gè)正確的決策，做磷酸鐵鋰電池不會(huì)涉及到鎳金屬、鈷金屬等資源，所以有很大的發(fā)展。”國(guó)軒高科工程研究院總院院長(zhǎng)蔡毅對(duì)磷酸鐵鋰電池的發(fā)展很有信心。
2017年，沃特瑪對(duì)磷酸鐵鋰材料的使用量達(dá)到近2萬(wàn)噸，占據(jù)了近三成的市場(chǎng)份額。雖然在2018年，沃特瑪受債務(wù)危機(jī)影響一蹶不振，需求端變得更加集中，供應(yīng)體系變化很大。但是，比亞迪、貝特瑞、北大先行等企業(yè)卻依舊計(jì)劃進(jìn)一步擴(kuò)產(chǎn)，這也從側(cè)面反映了動(dòng)力電池企業(yè)對(duì)磷酸鐵鋰電池未來(lái)的一種預(yù)期。
新技術(shù)有戲沒(méi)戲
“真正意義的能源安全就是氫能源，真正意義的新能源汽車是燃料電池汽車。”明天氫能董事長(zhǎng)王朝云對(duì)于自己從事的新能源領(lǐng)域頗為自信。
之所以王朝云把燃料電池看作是真正的新能源，并不僅僅是因?yàn)樗窍嚓P(guān)從業(yè)者，更重要在于他對(duì)這項(xiàng)技術(shù)本質(zhì)的理解。他表示，燃料電池只需要?dú)錃夂涂諝?，有了氫就可以用燃料電池，可以通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化成電能和熱。就這個(gè)觀點(diǎn)而言，他說(shuō)得不無(wú)道理。
我們身邊的純電動(dòng)車用的是電驅(qū)動(dòng)，電從哪里來(lái)？參考一年多前的數(shù)據(jù)，火電占全國(guó)發(fā)電量的比重為73.93%，水電占全國(guó)發(fā)電量的比重為18.26%?；鹆Πl(fā)電和水力發(fā)電，顧名思義，前者利用煤炭資源燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱能，通過(guò)發(fā)電動(dòng)力裝置轉(zhuǎn)換成電能，后者則是將水能轉(zhuǎn)換為電能。
不用多說(shuō)大家都能明白，無(wú)論是源頭的資源利用，還是后期的排放，大部分電力都不可能百分之百的實(shí)現(xiàn)清潔無(wú)污染，利用的也都是傳統(tǒng)能源，所以何來(lái)新能源之說(shuō)？
說(shuō)回正題，作為氫燃料電池，其工作原理是電解水的逆反應(yīng)，即將氫氣和空氣中的氧氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，然后產(chǎn)生電能(電荷轉(zhuǎn)移形成電流)和水，反應(yīng)的地方便是燃料電池堆。氫燃料電池有兩個(gè)特點(diǎn)需要特別關(guān)注，其一，其使用的是宇宙最為豐富的氫元素，不會(huì)存在資源枯竭的問(wèn)題；其二，在整個(gè)工作過(guò)程中，排出的唯一廢物是“水”，不存在污染問(wèn)題。
此外，氫燃料電池車的加氫效率很高，基本上和加油的時(shí)間差不多。續(xù)航里程方面，目前量產(chǎn)的幾款車型，如本田Clarity、豐田Mirai等均可以達(dá)到500公里以上。
但是，燃料電池也有它的問(wèn)題：一個(gè)是成本，另一個(gè)是安全。在這里不做技術(shù)層面的贅述，舉幾個(gè)鮮活的例子：目前加氫站的成本至少需要2000萬(wàn)人民幣左右，這還不算土地成本。由于氫燃料電池車需要完備的儲(chǔ)氫設(shè)備，所以成本也很高。根據(jù)豐田和日產(chǎn)的日本官網(wǎng)顯示，豐田Mirai在日本的售價(jià)要比日產(chǎn)LEAF貴上一倍。
此外安全也是大問(wèn)題，氫不穩(wěn)定，遇到空氣可燃，并且無(wú)色無(wú)味，如果車內(nèi)儲(chǔ)氫瓶無(wú)法做到碰撞后的絕對(duì)密封，或是及時(shí)排出氫氣，一旦發(fā)生車輛碰撞，后果將不堪設(shè)想。
從現(xiàn)在的技術(shù)水平角度和性能角度來(lái)講，中國(guó)氫燃料電池技術(shù)和日韓水平幾乎接近。對(duì)于安全問(wèn)題，他對(duì)技術(shù)層面很有信心，“我們的燃料電池，氫氣跟空氣可以隔離，要用的時(shí)候就用，不用的時(shí)候就隔離，隔離就不會(huì)燃燒爆炸。”
2018年底，全國(guó)政協(xié)副主席、致公黨中央主席、中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)主席萬(wàn)鋼曾撰文表示，“純電動(dòng)汽車的短板是續(xù)駛里程和充電時(shí)間,尚不能滿足量大面廣的遠(yuǎn)程公交、雙班出租、城市物流、長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)仁袌?chǎng)需求。為此,應(yīng)及時(shí)把產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)向燃料電池汽車拓展。”雖然目前還存在這樣那樣的問(wèn)題，但燃料電池的優(yōu)勢(shì)太過(guò)于突出，對(duì)企業(yè)們的誘惑太大，如果給它時(shí)間，規(guī)模化也并非完全不可能。
固態(tài)電池要比燃料電池看上去更遠(yuǎn)一些，但從電池結(jié)構(gòu)角度來(lái)說(shuō)，其和現(xiàn)在的三元鋰電池要更接近，固態(tài)電池與后者最明顯的區(qū)別，就是采用的電解質(zhì)為固態(tài)結(jié)構(gòu)。
不要小瞧這個(gè)變化，F(xiàn)isker曾宣稱，他們的固態(tài)電池已經(jīng)申請(qǐng)了專利，其能量密度是傳統(tǒng)鋰電池的2.5倍，具備9分鐘恢復(fù)160公里的續(xù)航能力。相對(duì)于三元鋰電池，固態(tài)電池有著高能量密度和高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，但在電導(dǎo)率方面是短板。
目前很多整車企業(yè)、動(dòng)力電池企業(yè)都在布局研發(fā)固態(tài)電池，其中包括大眾、豐田、寶馬、博世、日立、戴森等，國(guó)內(nèi)的動(dòng)力電池企業(yè)也有了一定的相關(guān)技術(shù)儲(chǔ)備，其中寧德時(shí)代CATL早已獲得了固態(tài)電解質(zhì)膜片及鋰離子電池、鋰離子電池的固態(tài)電解質(zhì)材料等多項(xiàng)專利。
目前對(duì)于固態(tài)電池的研發(fā)還處于技術(shù)儲(chǔ)備階段，離規(guī)模化量產(chǎn)還有很長(zhǎng)一段路要走。“目前特別熱的固態(tài)電池，在行業(yè)內(nèi)的判斷，其真正能夠成功的以同等略高一點(diǎn)的能量在新能源汽車上示范運(yùn)營(yíng)，還是要至少3-5年的時(shí)間。”安徽利維能動(dòng)力電池董事長(zhǎng)孫曉東給出了一個(gè)他心目中的落地時(shí)間表。
固態(tài)電池的意義不在于短期內(nèi)的替代，而是著眼未來(lái)。無(wú)論是技術(shù)特點(diǎn)還是接受度，固態(tài)電池在很多人眼中是一個(gè)完美的選項(xiàng)。雖然這個(gè)完美的存在離最終規(guī)?；€有距離，但從半固態(tài)液流電池這個(gè)“過(guò)渡”技術(shù)入手，或許可以容易很多。
通常來(lái)講，某一個(gè)領(lǐng)域不會(huì)只允許單一技術(shù)存在，多種技術(shù)相輔相成要更為實(shí)際。磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池全力突破瓶頸，并分別主攻商用車和乘用車市場(chǎng)；燃料電池和固態(tài)電池布局未來(lái)，為前兩者提供技術(shù)方向支持。洗牌的重點(diǎn)不在于洗掉誰(shuí)，而是最終留下誰(shuí)。
原標(biāo)題：磷酸鐵鋰電池,何去何從?
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