【下一个10年】磷酸铁锂LFP与三元NCM锂电池:谁才是电动汽车的“心脏”并将领跑未来?

文摘   职场   2024-11-01 09:57   江苏  

磷酸铁锂与三元电芯的区别

磷酸铁锂电池(LiFePO4)和三元锂电池(Li-ion)是目前常见的两种锂离子电池技术,它们在化学组成、性能特点和应用领域上存在一些区别。

总体而言,磷酸铁锂电池和三元锂电池各有各的优势和劣势。磷酸铁锂电池具有耐高温、安全稳定性强、价格便宜和循环性能更好等优点。它能够在高温条件下表现出色,具有较高的安全性和稳定性。此外,相对于三元锂电池而言,磷酸铁锂电池的价格更为实惠。同时,磷酸铁锂电池在循环充放电过程中的性能较为出色。

而三元锂电池则在耐低温和能量密度方面表现突出,但相应地价格也较高。三元锂电池具有较低的内阻和更高的能量密度,能够更高效地储存电能。同时,它在低温环境下的性能表现也较好。

具体的,两者主要有以下几点区别:

第一点,也就是关键的正极材料的区别,从化学组成上:

磷酸铁锂电池:正极材料为磷酸铁锂(LiFePO4),负极材料为石墨,电解液为有机溶剂。

三元锂电池:正极材料为氧化锂钴酸锂(LiCoO2)、氧化锂镍酸锂(LiNiO2)或氧化锂锰酸锂(LiMn2O4),负极材料为石墨,电解液为有机溶剂。

值得一提的是,由于磷酸铁锂电池不含比如钴等贵重金属元素,因此它的原料价格也要更低,而且磷、铁在地球上的资源含量也比较丰富。而三元锂电池则相反,不仅原材料成本更高,而且生产技术门槛也比较高。

磷酸铁锂电池采用磷酸铁锂作为正极材料,而三元锂电池则采用镍钴锰酸锂作为正极材料。

磷酸铁锂电池之所以备受关注,一方面是因为它不含贵重金属元素如钴,使得原料成本较低。另一方面,磷酸铁锂、铁和磷等元素在地球上的资源较为丰富。相比之下,三元锂电池的原材料成本较高,并且其生产技术门槛也较高。

其次,在于其能量密度:

在能密度方面,磷酸铁锂电池和三元锂电池也有所不同。

磷酸铁锂电池:相对较低的能量密度,通常为120-160Wh/kg。

三元锂电池:较高的能量密度,通常为150-250Wh/kg。

也就是说,相同重量的电池,三元锂电池的能量密度是磷酸铁锂电池的1.6-1.7倍,因此三元锂电池能够为新能源汽车带来更长的续航。

第3点,温度耐受性能有差异:

从宏观上讲,三元锂电耐低温,磷酸铁锂耐高温:

三元锂电与磷酸铁锂在温度适应性方面有很大差异;“磷酸铁锂”更耐高温;耐低温的“三元锂电”在北方地区或者冬季,其续航能力更优异。

三元锂电:三元锂电池的低温性能优异,在-20℃条件下可保持正常电池容量的约70%~80%。

磷酸铁锂:不耐低温:气温低于-10℃,磷酸铁锂电池衰减得非常快,磷酸铁锂电池在-20℃条件下只能保持正常电池容量的约50%~60%。

就高温温度抵抗力而言,磷酸铁锂电池和三元锂电池在不同条件下表现出差异。高温条件下,三元锂电池会在约200℃时开始分解,而磷酸铁锂电池的分解温度高达800℃左右,因此磷酸铁锂电池具有更高的耐高温性,更不易发生火灾事故,从侧面反映出其安全性更优越。

磷酸铁锂电池:相对较高的热稳定性和安全性,不易发生热失控反应。

三元锂电池:较低的热稳定性,在过充、过放、高温等情况下容易发生热失控反应。

然而,目前大多数电池系统都配备有热管理系统,如液冷系统、直冷系统都是目前行业内热门的热管理方式,加上热失控的防护,高温抵抗性显得重要但是可控;

相对而言,磷酸铁锂电池在低温条件下的表现相对较差的容忍度会偏低,其极限工作温度大约在零下20度左右。而三元锂电池的极限温度则在零下30度左右,因此在低温环境下,搭载三元锂电池的新能源车辆会表现更出色,也更加让消费者青睐。

04 

充放电循环寿命不同


循环寿命:

磷酸铁锂电池:具有较长的循环寿命,可达2000次以上。

三元锂电池:循环寿命相对较短,通常为1000次左右。

在充放电次数上,两者也有不同的表现。其也就是说,搭载磷酸铁锂电池的新能源车可以使用更长的时间。

最后,从成本上看,磷酸铁锂电池:相对较低的成本,适用于对成本敏感的应用领域。三元锂电池:相对较高的成本,适用于对能量密度和功率要求较高的应用领域。

总的来说,磷酸铁锂电池和三元锂电池各具有不同的特点,选择哪种电池取决于具体的应用场景和需求。磷酸铁锂电池在安全性和循环寿命方面具有优势,适用于电动车、储能系统等领域;而三元锂电池在能量密度和功率输出方面具有优势,适用于移动设备、无人机等领域。

曾经的磷酸铁锂王者之争:

让我们将时间退回到2016年、2017年,

销量20强企业共销售各类动力锂离子电池375.26亿瓦时。其中,磷酸铁锂电池262.43亿瓦时,三元及多元复合材料电池95.86亿瓦时,锰酸锂电池8.04亿瓦时,钛酸锂电池8.93亿瓦时。

彼时磷酸铁锂还是几家独大,有当时的沃特玛电池在讲电池联盟的故事、中航锂电还在10名开外徘徊;

  表1.2016年度中国动力锂离子电池销售收入20强企业

回到2023年,明细的趋势是,铁锂在回落之后又不断的爬升,乃至占据越来越多的比重;

当下,目前大部分新能源车的续航都已经超过了600km,进一步减缓了大家对于新能源车续航的焦虑。两者基本上瓜分了新能源市场的动力电池份额。

当将两种主流技术都拉倒同一个上线时,类别间的差异就显得不那么明显;

LFP和NCM的界限正在被打破并重构!

不管是在能量密度上、体积成组率、4C以上快充上,越来越小的距离正被电池企业一点点变成现实;

哪个才是未来的发展方向呢?

比亚迪和宁德时代的实际行动已经给出了答案,或许已经宣示了磷酸铁锂电池才是新能源车的未来。

首先,磷酸铁锂电池具有较高的安全性能。它采用无毒、无污染的材料,具有较高的热稳定性和化学稳定性,减少了火灾和爆炸的风险。这使得磷酸铁锂电池在新能源车领域中更受欢迎,因为安全是消费者最为关注的问题之一。

其次,磷酸铁锂电池的循环寿命相对较长。相比之下,三元锂电池在快速充放电和高温环境下容易发生寿命衰减。而磷酸铁锂电池具有更好的耐高温性能和循环寿命,使得它具备更长久的使用寿命和更稳定的性能。

此外,磷酸铁锂电池的成本相对较低。三元材料在生产过程中需要加入稀土元素,成本较高。而磷酸铁锂电池采用的材料成本相对较低,更具有经济性。这使得磷酸铁锂电池在新能源车市场上具备更大的竞争力。

01、 比亚迪刀片电池的爆火

自2020年比亚迪推出磷酸铁锂刀片电池以来,能量密度不及三元锂电池的“传统劣势”便被大大的减弱。同时,由于比亚迪在电池技术上的突破,使得装载磷酸铁锂电池的纯电车续航里程能够达到600公里以上。而且比亚迪也已经用300万辆新能源车的成绩证明了磷酸铁锂电池的成功。

02

、成本占据极大优势



尽管宁德时代在早期使用三元锂电池作为动力电池的选择,作为全球动力电池巨头,但面对电池原材料价格上涨,尤其是钴、镍等材料的涨价,宁德时代不得不重新考虑战略方向。因此,宁德时代将磷酸铁锂电池作为首选,并决定同时发展三元锂电池和磷酸铁锂电池这两个方向。

特斯拉的Model 3和Model Y等车型都采用了宁德时代提供的磷酸铁锂电池。由于磷酸铁锂电池的成本下降,这些车型在国内降价多次,引发了市场的热潮。此外,宝马、福特、现代、雷诺等汽车制造商也表示考虑转而采用性价比更高的磷酸铁锂电池。这表明磷酸铁锂电池在市场上取得了广泛认可,并且越来越多的车企开始关注和采用这一技术。

03

、三元锂电池补贴退坡

随着2023年电池补贴的完全退坡,让车企选择磷酸铁锂电池的决心也更加坚定。国内新能源汽车补贴已经2023年退出,因此三元锂电池凭借更高能量密度获得政策补贴的优势将有所减弱。值得一提的是,未来几年各大车企对于磷酸铁锂电池的需求也逐渐走高,使得磷酸铁锂电池产量增速远超三元锂电池。

未来多类型电池的百家争鸣

下一个十年,谁才是电动汽车的心脏并领跑未来?

一花独放不是春 百花齐放春满园,借用习大大的主题报告,正如历史上的百家争鸣一样,从来没有单独一枝独秀的春天;

目前,除了广泛使用的磷酸铁锂电池和三元锂电池之外,汽车制造商们也对其他新型电池技术路线表达了浓厚的兴趣。磷酸锰铁锂、固态电池、富锂锰基电池以及钠离子电池等技术路线也受到了众多车企的关注。

随着电池技术的不断进步,我们有理由相信,这些新型电池技术路线将很快得到广泛应用。未来的新能源市场或许并不再仅局限于磷酸铁锂电池和三元锂电池的二选一局面。

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