尤其是當鋰電池必不可少的碳酸鋰價格從去年4萬元飆漲到當前的15萬元后,碳酸鋰材料消耗量更大的鐵鋰電池的成本問題就凸現出來,根據國軒高科董事長李縝的數據,當前國軒高科三元電池的成本反倒比鐵鋰電池低10~15%。
現在三元電池走向了高鋁高鎳、低鈷的技術路線,對昂貴的稀有金屬消耗量降低。
去年全球鈷產量9.8萬噸,其中40%用于鋰電池,消耗量并不算非常大。而且鈷資源依然處于供過于求的狀態,當前20萬/噸的價格處于歷史上的低位。
去年鋰電池產業的火爆也沒有帶動鈷資源的飆漲,多種因素導致當前鐵鋰電池的成本要高于三元電池。
但我們要以動態的眼光看待二者的成本對比,要認識到,在碳酸鋰價格大漲之前,磷酸鐵鋰的成本是略低于三元電池的。
反過來思考,如果明年“鈷”資源供不應求,也出現類似于碳酸鋰一樣的4倍甚至5倍的飆漲,那么三元電池的成本也就水漲船高。
總之,兩種技術路線的成本不分伯仲,具體到某一時間點,和上游原材料價格有很大關系。
長期來看,我認為碳酸鋰15萬/噸的價格不具有可持續性,因為鋰并不是稀缺資源,國內天齊鋰業、贛鋒鋰業等眾多廠家碳酸鋰每噸生產成本約為2.9萬~3.5萬元之間,而鹽湖股份的子公司藍科鋰業更是宣稱成本只有1.9萬元/噸。
當前碳酸鋰行業,可謂是暴利行業,3萬元的成本,15萬元的價格,整整翻了5倍。
巨大的利潤誘惑自然便是瘋狂的擴產,全產業鏈上的公司都在成倍的擴充產能,藍科鋰業更是成數十倍的擴充產能,雖然需求也會繼續跟著增長,但產能的擴張更瘋狂。
當不久的將來,上游原材料的價格發生變動,碳酸鋰和三元的成本孰高孰低還未可知。
這一項,二者平手。
5、充電倍率
先說結論吧,在充電倍率方面磷酸鐵鋰大幅度的領先。
其實前年在闡述電池壽命的時候就已經能得出結論:磷酸鐵鋰電池在高充電倍率下,壽命明顯好于三元電池。
美國a123公司(現在為萬向子公司)甚至在實驗室里做出了25C倍率充電的磷酸鐵鋰電池(25C倍率充電意味著60÷25=2.4分鐘把電池充滿)。
充放電倍率方面,鐵鋰大幅度勝出。
6、電池單體一致性
使用鎳鈷鋁三元的特斯拉model s的電池組中有7000節小電池串聯、并聯在一起,如果電池的一致性存在問題,那么后果就是災難性的,因為串聯電池有一個木桶原理,性能最差的那一個電池影響電池組整體性能。
但使用磷酸鐵鋰的2014款秦混動車卻出現了讓人焦頭爛額的問題,標定13kwh的電池,使用一年多以后很多車主就在反映只能充進去8kwh的電量,衰減厲害。
前面我不是說磷酸鐵鋰壽命更長嗎?怎么會出現這樣的現象,這其實就是電池單體一致性的問題。
其實比亞迪2014款"秦"電動車所使用的電池,單個拿出來絕大部分可能沒有什么問題,電池返廠均衡后也能恢復原先的性能,但唯獨電池成組后就出問題了。
其實電池一致性問題并不是沒有辦法,辦法主要有兩個,一個是升級工藝,提升工廠自動化水平以及控制精度。
另外一個就是做大單體電池容量,2014秦使用的是27AH的電池單體,而比亞迪K9則使用270ah單體容量的電池單體,相比于秦,K9的問題就少很多甚至不存在電池一致性問題。
最后就是改進電池管理系統(BMS),這一方面我們也確實落后于歐美日。
相比于2014款秦,2015年推出的秦由于使用了全新的電池管理系統,在每一個小節的電池上都加裝了控制器方便更好的操控并且額外多出8節電池(就是說實際容量大于標稱)。
電池一致性的問題已經解決很多,但無論如何,在一致性方面,磷酸鐵鋰落后于三元電池。這一局:三元勝。
7、低溫性能
這一項結論很清晰:磷酸鐵鋰低溫性能差,三元更優。
冬天里,電動車的續航里程都要變短,但磷酸鐵鋰電池問題更嚴重一些。但到底縮減多少呢?
還是要拿出清晰的數據來說話,就以新款400公里續航的比亞迪e6為例,進入冬天后車主紛紛反映續航只能做到原先的60%,也就是240公里。
但這不能全怪罪于電池,根據熱脹冷縮的簡單原理,我們就知道進入冬天后,汽車的胎壓會降低,而胎壓低則是導致續航縮短的重要原因,當車主注意胎壓以及腳法后,續航可以恢復到標稱的70%~75%,達到近300公里的續航,比標稱的400公里少100公里。
問題是這100公里的續航哪里去了呢?答案在于空調。
傳統燃油車能量轉換效率只有不到30%,剩余70%的能量以廢熱的形式散發,進入冬天以后,汽車打開暖風并不需要額外消耗汽油,只需要把發動機散發出的廢熱吹送到駕駛室即可。
但電動車電機能量轉換效率達到了90%,并沒有額外的廢熱,如果冬天要開空調,就只能額外消耗電池里的能量。所以續航里程的縮減并不能完全怪罪于磷酸鐵鋰的低溫性能差。
使用三元電池的北汽ev200在冬天里一樣明顯縮減,而且由于電池整體容量更低,本來續航只有200公里,打七折之后更只剩下140公里了,司機們叫苦不迭。
針對冬天,磷酸鐵鋰電池也有很多應對辦法,例如材料納米化以及碳包覆,還有一個更簡單有效的辦法,就是給電池組安裝加熱裝置。
綜合來看,低溫對磷酸鐵鋰電池組對整體性能的影響<10%。另外,由于三元電池也或多或少要收到低溫的影響,所以兩者在低溫下的性能實際差別其實就更小了。
但無論如何,低溫性能成為磷酸鐵鋰的一個短板,這一局三元勝!
以上7個方面的分析,幾乎覆蓋了動力電池新能指標的各個方面,在七場對決中,三元和鐵鋰慘烈廝殺,痛苦角逐,互有勝負,也有平手。
那么這7場對決后,我這個裁判能給出最終的結論嗎?或是你們這些讀者、觀眾更給出自己內心的判斷嗎?到底誰才是當之無愧的冠軍?
作為裁判的我,通過這么多分析論述后,只能遺憾地告訴大家,我無法下一個誰更優的結論,所以本場打擂沒有冠軍或者都是冠軍。
決議
聽到這個結果有些人可能要生氣了,洋洋灑灑7000字,浪費大家這么多時間和感情,讀到這里竟然只得到了平局結論,我這豈不是欠揍?!且慢,我們接著看下去。
雖然我不能給出一個簡單的結論,直接說出誰優誰劣,但是結合具體應用環境,就會有清晰的答案,因為一些具體的應用環境,會彰顯某一方面的有點,遮蔽某些方面的劣勢。
1、儲能應用情境
這還用說嗎!這個應用情景磷酸鐵鋰獲得壓倒性的勝利。
儲能電站動輒上數千千瓦甚至數萬千瓦的電池堆放在一塊,如果使用三元電池,等同于把成噸的炸彈堆放在一起。
磷酸鐵鋰的長壽命也符合儲能的應用需求,儲能電站往往會在偏郊建設,土地以及空間不成問題,遮蔽了磷酸鐵鋰能量密度低的劣勢。
尤其作為電網調頻的儲能電站,經常需要大倍率的充放,鐵鋰的充電倍率也滿足這一需求。在儲能應用的場景下,磷酸鐵鋰的劣勢不再是劣勢,優勢卻又十分突出。
所以,當我們考慮這一應用場景,磷酸鐵鋰是無可辯駁的冠軍。
2、無人機電池
這還用說嗎,你見過使用鐵鋰電池的無人機嗎?
毫無疑問,這又是另一個應用場景的極端,這個領域,三元鋰電池占據著100%的市場份額。
能量密度的天生劣勢這一點,就判定了鐵鋰電池永遠不可能應用于無人機。
無人機鋰電池領域,三元電池完勝。
3、電動大巴以及電動商用車
這些車自重大、空間大,對重量敏感度低,公交車、大巴車由于乘客眾多,對安全性要求高;
這些車運營時間長,對電池壽命要求高,這些特點都恰好發揮了磷酸鐵鋰的優勢,遮蔽了磷酸鐵鋰的劣勢;
所以磷酸鐵鋰技術領先的比亞迪率先敢把純電動車應用于公交車以及電動叉車、電動卡車等。就是憑著對鐵鋰電池安全、高充放倍率、長壽命的自信。
前段時間,國家暫停了三元電池大巴車的目錄申報,其實這在某種程度上宣告了三元電池在這一領域沒有應用未來,電動公交大巴以及商用車領域,磷酸鐵鋰完勝。
4、插電式混合動力車
這個領域的爭議其實也很小,雖然現在的插電車都以磷酸鐵鋰為主,但比亞迪自己卻準備開始拋棄這一技術路線了。
從秦唐100開始,比亞迪的插電式混合動力車將全面轉向鎳鈷錳三元電池,我認為這種轉變背后最核心的原因就在于磷酸鐵鋰小單體電池一致性問題。
這個領域,三元勝。
5、純電動乘用車
這又是一個膠著的戰場。首先純電動乘用車使用的磷酸鐵鋰是大單體,每個單體容量高達0.82千瓦時,比在插電混合動力車里面使用的單體大十倍。
以秦ev300為例,整臺車僅僅只有58塊電池,這比起model s的7000節電池,真是個零頭。
由于電池單體少,給每一個單體上安裝一個控制單元從成本角度也劃得來,進而最大程度地解決一致性問題,再之,大單體電池的一致性問題也不是那么突出。
但這并不意味著磷酸鐵鋰在純電動乘用車領域獲勝,情況遠比這個復雜。
由于磷酸鐵鋰密度低,同等容量下重量更大,這就導致使用磷酸鐵鋰電池的純電動車自重大,能耗高。比起北汽ev200百公里電耗14kwh,比亞迪e5百公里電耗要高一些在16kwh左右。
除此之外,乘用車日均行駛里程為46公里,比起公交車日均230公里,出租車日均400公里的行駛里程短太多,這就使得磷酸鐵鋰長壽命的特性發揮不出來,而三元電池壽命先對較短的劣勢也不那么致命;
再就是安全性,私人乘用車對安全性要求不如公交車那么嚴苛,但這也并不是說可以對安全性不管不顧,特斯拉model s的三元電池組之所以重達900kg,就是因為需要額外的保護裝置保護電池組。
總之,在純電動乘用車,兩種電池路線又是一種膠著的狀態。
由于百公里平均電耗大家日常都能感受到,降低能耗又是國家的要求和方向,所以,兩種技術路線可能長期在純電動領域長期并存,三元略占優。
總結以上五大應用場景,我們可以知道鐵鋰電池和三元電池在各自特定領域有著不同的優勢:鐵鋰適合用儲能和商用車;三元適合于插電混動車、乘用車、無人機等領域。
由于我國新能源車率先在商用車領域爆發,前些年使用鐵鋰電池更多一些;隨著電動車革命的深入,乘用車銷量的爆發,三元電池的占比會逐步提高。
但無論如何兩者將長期共存,國內領先的電池企業也必將選擇兩條腿走路(同時生產三元電池和鐵鋰電池)的戰略。
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