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三元锂电池也曾力压磷酸铁锂电池

作者:小编 更新时间:2025-01-28 点击数:699

    如今,新能源汽车使用的往往是两种主流动力电池,一种是磷酸铁锂电池,另一种则是三元锂电池。如今,磷酸铁锂电池风光无两,占据主导地位。当然,磷酸铁锂并不是一直这么风光,曾经三元锂电池也力压过磷酸铁锂,尤其是在乘用车中,三元锂电池几乎是所有汽车企业的首选动力,即便是比亚迪非常青睐磷酸铁锂,也曾随市场大流尝试研发、安装三元锂电池。

    三元锂电池,曾经很风光,如今有点落寞,也不知未来将如何?

    资料来源:中国汽车动力电池产业创新联盟

    三元锂电池的发明时间不算晚,20世纪初,三元锂电池被发明出来,因其高容量、低内阴的特点,迅速吸引了人们的目光。

    1970年,早期的三元锂电池被研发出来。埃克森公司的M.S.Whittingham采用硫化钛作为正极材料,金属锂作为负极材料,制成首个锂电池。锂电池的正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯,负极是锂。电池组装完成后电池即有电压,不需充电。

    1982年,伊利诺伊理工大学的R.R.Agarwal和J.R.Selman发现锂离子具有嵌入石墨的特性,此过程是快速的,并且可逆。与此同时,采用金属锂制成的锂电池安全隐患备受关注,因此人们尝试利用锂离子嵌入石墨的特性制作充电电池。首个可用的锂离子石墨电极由贝尔实验室试制成功。

    1983年,M.Thackeray、J.Goodenough等人发现锰尖晶石是优良的正极材料,具有低价、稳定和优良的导电、导锂性能。其分解温度高,且氧化性远低于钴酸锂,即使出现短路、过充电,也能够避免燃烧、爆炸的危险。

    1989年,A.Manthiram和J.Goodenough发现采用聚合阴离子的正极将产生更高的电压。

    事实上,真正的三元锂电池诞生于1991年,美国科学家蒂莫西·詹姆斯发明了第一款实用化的三元电池,即锂锰电池,被称为“詹姆斯三元电池”。该电池具有高功率密度、低内阻和可调节温度特性,在汽车、航空和航天等领域得到了广泛应用。

    三元锂电池此后发展出2个主要的体系,镍钴锰酸锂(NCM)和镍钴铝酸锂(NCA),2018年起,高镍三元材料出货量占比明显提升。据GGII,2018至2021年国内高镍(NCM811+NCA)出货量占比三元正极材料总出货量从8%升至38%,高镍化趋势强势推进。

    2019年以来,电池安全性、成本控制等需求的强化也催生出新材料体系的诞生,其中韩系企业如SK创新对6系和8系材料混用以获得安全与性能的平衡;LG化学2020年应用NCM712体系,并与通用联合探索NCMA电池;国内蜂巢能源推出无钴电池和NCMA电池,极大丰富了电池材料体系。

    资料来源:电池应用解析1/01/2024 (版本2.0)

    三元锂电池的高容量特性国内电池电池企业看在眼里,不会无动于衷,比克电池率先介入到三元电池的研发与生产之中。比克电池与A123“分手”之后,就投入到三元电池的研发与生产之中,是国内较早涉足三元锂电池的企业之一。2015年,比克电池率先量产了高镍三元811+含硅负极的18650电芯,目前量产的圆柱电芯正极镍含量已由Ni50提升到Ni88。

    三元锂电池亮相之后,日本、韩国的电池企业对此格外偏爱,他们几乎将所有资金全部投入到三元锂电池的研发与生产之中,而对磷酸铁锂涉足比较少。

    三元锂电池在国内得到迅速发展,与补贴政策有一定的关系。在补贴标准中,有一条规定,对满足支持条件的新能源汽车,按3000元/千瓦时给予补助。插电式混合动力乘用车最高补助5万元/辆;纯电动乘用车最高补助6万元/辆。也就是说,我国新能源汽车补贴按照能量密度作为重要参考标准。很显然,磷酸铁锂与三元锂电池相比,能量密度差了一大截,各家车企纷纷选择三元锂电池装车。补贴高,市场价格竞争优势越明显,在这个因素的驱动下,三元锂电池的市场份额迅速升高。

    根据公开发布的信息,2020年1至4月国内三元锂电池装机量的统计数据,占比为72.87%,磷酸铁锂电池装机量则跌至22.93%。新能源汽车的补贴截止时间为2020年12月31日,在补贴将要终止的那一年,三元锂电池迎来了最高光的时刻。

    三元锂电池的推广,背后也有中国汽车动力电池产业创新联盟的力量,动力电池创新联盟协助政府部门制定了多项政策措施。据了解,在政策制定的过程中,动力电池创新联盟组织了多次联盟企业开会研讨相关问题。财政部、工信部等多部门确定的补贴标准是在充分征求企业的意见之后制定出来的。

    但随着补贴终止,三元锂电池成本高的劣势的显现出来,磷酸铁锂技术进步,成本低,又迅速恢复了往日的荣光。

    资料来源:BloombergNEF

    有研究机构认为,2028年,我国磷酸铁锂电池生产成本将降至55美元/千瓦时以下,三元高镍8系降至65美元/千瓦时以。相对而言,铁、磷元素的波动幅度较小,镍元素的波动幅度较大,从历史来看,伦敦金属交易市场镍元素的波动幅度较大。这造成了三元锂电池的成本对镍价波动更加敏感。总体一上,磷酸铁锂电池比三元锂电池的成本低32%。没有补贴之后,企业的选择又纷纷从三元锂电池向磷酸铁锂转变。

    动力电池创新联盟的数据显示,2024年1-12月,我国动力电池累计装车量548.4GWh, 累计同比增长41.5%。其中三元电池累计装车量139.0GWh,占总装车量25.3%,累计同比增长10.2%;磷酸铁锂电池累计装车量409.0GWh,占总装车量74.6%,累计同比增长56.7%。