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大家早上好 , 按照我們的研究進(jìn)程 , 研究完新能源車的各種技術(shù)路線后 , 我們就要繼續(xù)一個個拆分詳細(xì)研究啦 。首先先進(jìn)行動力電池部分 。(燃料電池部分不著急 , 慢慢來 , 時間非常充裕 。)
首先 , 大家有沒有想過 , 為什么現(xiàn)在會是磷酸鐵鋰和三元鋰電池共分市場的階段呢?從產(chǎn)量結(jié)構(gòu)上看 , 基本是磷酸鐵鋰和三元材料五五開 。別的基本退出市場 。
想研究為什么 , 還是我們的老方法 , 分析優(yōu)劣勢 。
動力電池的發(fā)展路線都是秉持著動力性能更強、可靠性能更高、安全性能更強、經(jīng)濟性能更好的這四個方向進(jìn)行發(fā)展 , 我們分析優(yōu)劣勢 , 也要切合這四個方向 。
然后來看看 , 歷史上到底有什么電池在這個市場上生存過——動力電池經(jīng)歷過如下幾個階段:鉛酸電池 , 鎳鎘電池 , 鎳氫電池 , 最后到了現(xiàn)在的鋰電池 。
鉛酸電池可靠安全性高、工作溫度范圍較寬、大容量電池技術(shù)成熟、維護簡單、使用壽命長、材料易得且價格低廉 。但鉛酸電池的理論比能量僅有 170Wh/kg , 實際比能量由于活性物質(zhì)利用率 低而僅有 35~45Wh/kg 。(三元電池實際能量密度160-220Wh/kg)受限于能量密度 , 鉛酸電池淘汰是一定的 。
接下來就是鎳鎘電池 , 這個大家一定會有些印象 , 早期運用于大哥大中 , 大哥大有個問題 , 就是要一直充電 , 電池會很不耐用 。這就是因為鎳鎘電池的記憶特性 。后來也有嘗試運用于動力電池 , 但鎳鎘電池價格昂貴 , 鎘材有毒 , 比能量也較低 , 在 50Wh/kg左右 , 同時因為記憶效應(yīng)(電池可逆失效)容易帶來的容量損失 , 所以被迅速淘汰 。
鎳氫電池——安全性及比能量較高 。鎳氫電池的正極為氧化鎳 , 負(fù)極則是氫電極 , 可以說是鎳鎘電池與燃料電池結(jié)合的產(chǎn)物 。最大的優(yōu)勢是安全性高 , 即使制造工藝不良、受外力擠壓變形、短路、大電流放電(伴隨發(fā)熱)也不會像鋰離子電池那樣自燃然后自爆 。
舉個例子 , 目前只有豐田還在減持使用鎳氫電池 , 但豐田全球1800萬多輛新能源混動汽車 , 沒有一輛自燃爆炸的 , 一輛都沒有 。這就足以見得這種電池多安全 , 但為什么還是沒有流行起來呢?我們繼續(xù)往下看 。
鎳氫電池配方很少污染 , 對環(huán)境基本沒有影響;低溫性能好;成本較低;循環(huán)壽命長 , 鎳氫電池的車型基本都是終身免維護的;記憶效應(yīng)??;鎳氫電池?fù)碛辛巳绱酥嗟膬?yōu)點 , 但是目前全球還在堅持使用鎳氫電池的 , 只有豐田 。主要是因為鎳氫電池大部分只有60-120Wh/kg , 能量密度比起鋰電池較低 , 同時充電效率很低 , 只有66%左右 , 而鋰離子電池充電效率可達(dá)95% , 同時快速充電能力太弱 , 綜合導(dǎo)致了 , 鎳氫電池?zé)o法運用于純電汽車 。最后還有一個因素 , 是因為豐田的專利壁壘太強大了 , 基本給鎖死了 , 其他廠家只能避開這個壁壘 , 再加上鋰電池已經(jīng)開始成熟便宜了 , 也就沒人再使用鎳氫電池了 。綜合看來 , 鎳氫電池不是未來方向 。
鋰電池——其實鋰電池也不是說有多么強大的特性 , 而是說與其他主要的電池類型相比 , 鋰電池的綜合性能更佳 。沒有以上幾種電池中的致命缺點 。優(yōu)點表現(xiàn)在容量大、工作電壓高、荷電保持能力強、循環(huán)使用壽命長、 安全性相對較高 , 結(jié)構(gòu)上因比能量高而有體積小重量輕的特點 。
那我們繼續(xù)具體細(xì)分鋰電池的各種技術(shù)路線 。
鋰電池中 , 正極處于很重要的地位 , 正極材料占材料成本的40%左右 。且正極是電池發(fā)揮性能的基石之一 , 所以一般市場上 , 按照按正極材料的不同給鋰電池進(jìn)行分類 , 可分為三元鋰離子電池、磷酸鐵鋰離子電池、鈷酸鋰離子電池、錳酸鋰離子電池等 。具體性能對比如下:
鈷酸鋰電池——能量密度較高 , 產(chǎn)業(yè)成熟度相對較高使其在電動車上得到應(yīng)用 , 但很快就表現(xiàn)出較差的安全性 , 壽命短且成本高的劣勢限制其在動力電池領(lǐng)域的應(yīng)用 , 鈷酸鋰就被迅速淘汰 。
安全性能差 , 這是非常致命的 , 不可原諒的 。
錳酸鋰電池——安全性較強 , 但能量密度較低 。同時材料的電子導(dǎo)電率低、鋰離子擴散速率慢、振實密度較低 , 導(dǎo)致較差的倍率性能、低溫性能和實際能量密度 。這也最終導(dǎo)致了錳酸鋰無法大規(guī)模運用于動力電池 , 只能在早期部分運用于混動車或公交大巴 。后續(xù)因為技術(shù)的提升 , 以及對能量密度的要求提升 , 錳酸鋰電池逐漸退出 。
好了 , 比較來比較去 , 市場上就剩下磷酸鐵鋰和三元電池了 。
目前市場上磷酸鐵鋰和三元電池的技術(shù)路線選擇還沒有抉擇出 , 下面我們再具體分析兩者之間的優(yōu)劣勢 。
三元電池與磷酸鐵鋰電池的優(yōu)劣勢分析:
- 從能量密度來看——磷酸鐵鋰與三元電池對比 , 完全沒有競爭力 , 三元鋰電池因為電壓高 , 其能量密度是磷酸鐵鋰電池的1.7倍 。同時 , 三元鋰電池在充電效率方面較磷酸鐵鋰電池有著非常大的優(yōu)勢 。
- 從安全性來看——磷酸鐵鋰電池?zé)崾Э販囟绕毡樵?00度以上 , 三元鋰電池則低于300度 , 相比之下磷酸鐵鋰電池在汽車高速行駛及快速充電過程中自燃風(fēng)險較低 , 安全性更高一些 。
- 從使用壽命來看——磷酸鐵鋰電池充放電循環(huán)次數(shù)大于3500次后才會開始衰減 , 也就是說其使用壽命可長達(dá)十年左右 , 但三元鋰電池充放電循環(huán)次數(shù)則僅為2000次 , 意味著其使用壽命僅為6年 。
- 從制造成本來看——因為磷酸鐵鋰電池里沒有貴重金屬 , 因而生產(chǎn)成本較低 。而三元鋰電池因為采用鈷金屬 , 成本有所提高 。根據(jù)WIND資料顯示 , 截至2021年10約 , 三元5系報價為22.45萬元/噸 , 磷酸鐵鋰為8.6萬元/噸 。
如果從安全性和成本角度綜合考慮 , 確實磷酸鐵鋰電池更加合適 。這也是為什么國內(nèi)外都中短期內(nèi)有乘用車市場有向磷酸鐵鋰轉(zhuǎn)向的趨勢 。連電車全球大佬——特斯拉都全面轉(zhuǎn)磷酸鐵鋰 , 這個大家是知道的 。
三元鋰電池是未來的方向 , 但是三元鋰電池的“無鈷化”技術(shù)目前無法突破 , 同時三元鋰電池的安全性也有待提升 , 有可能未來較長時期內(nèi)兩種技術(shù)路線將維持共存 。
三元不突破 , 可是磷酸鐵鋰突破了呀!
下圖為磷酸鐵鋰與三元電池產(chǎn)量的增速對比圖 , 磷酸鐵鋰重新大量商用 , 也就是這兩三年的事 , 主要的原因就是行業(yè)內(nèi)的兩個老大哥 , 做出了技術(shù)突破 。
寧德時代2019年9月發(fā)布 CTP技術(shù) , 比亞迪2020年3月發(fā)布刀片電池技術(shù) , 這兩個技術(shù)突破帶動了磷酸鐵鋰的需求大幅度增加 。(至于這兩個技術(shù)具體怎么牛 , 再后面講到動力電池的時候再詳解哈 , 大家敬請期待 , 關(guān)注起來吧?。?br /> 磷酸鐵鋰產(chǎn)量及占比超過三元 , 裝機占比也不斷提升 。未來磷酸鐵鋰電池有望在電動車和儲能的拉動下 , 保持高速增長勢頭 。在之后的研究中 , 三元電池和磷酸鐵鋰電池共同研究 。
接下來的研究中 , 將根據(jù)新能源汽車的上中下游 , 也就是:鋰電生產(chǎn)設(shè)備、動力電池原材料、動力電池(三元電池與磷酸鐵鋰電池)、關(guān)鍵零部件、新能源整車 , 五大板塊按照順序進(jìn)行拆分詳解 。
【為什么最終市場選擇三元和磷酸鐵鋰 三元鋰和磷酸鐵鋰對比】
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