受益于中国汽车电动化的推进,近年来我国新能源车销量飞速上升,动力电池作为电动汽车的动力来源,其装机量也在不断增加。

目前国内动力电池主要分为两大派系,根据正极材料不同分为磷酸铁锂电池和三元锂电池。虽然都是锂电池,但二者的性能却有着较大差别。究竟哪种电池更好?哪种电池才是电动汽车的最优解?

磷酸铁锂和三元锂各有优劣

从使用寿命来看,磷酸铁锂更胜一筹。三元锂电池的理论循环寿命是800~1200次,磷酸铁锂电池大约是2000~2500次。普通家用电车按平均2~3天充一次电计算,1年充电约120~180次,因此三元锂电池的使用寿命一般在5~8年,而磷酸铁锂电池的使用寿命基本能达到8年以上。

决定电动汽车续航里程的最关键因素是电池能量密度,电池能量密度越高,续航里程越大,充电速度越快。三元锂电池由于采用了更活泼的金属元素,其能量密度比磷酸铁锂电池更高。以宁德时代第三代麒麟电池为例,三元锂电池的能量密度为255Wh/kg,磷酸铁锂电池系统能量密度为160Wh/kg,孰胜孰负一眼便知。

三元锂电池的低温性能更优异,在-20℃条件下可保持正常电池容量的70%~80%。而磷酸铁锂电池不耐低温,气温低于-10℃时,电池衰减得非常快,在-20℃条件下只能保持正常电池容量的50%~60%。因此在北方冬天,搭载磷酸铁锂电池的电动汽车不占优势。

从安全性来看,磷酸铁锂电池得益于本身的材料属性,只有当温度处于500~600℃高温时,其内部化学成分才开始分解。相对于三元锂电池的高镍材料在200℃度左右就开始发生分解释放氧气,磷酸铁锂电池就安全得多,很难满足爆炸的条件。

从生产成本来看,三元锂电池的原材料以镍、钴、锰、锂为主,材料稀缺,价格昂贵。特别是镍和钴,受国际市场影响,价格波动较大。而磷酸铁锂电池使用贵金属比例低,主要是廉价且丰富的铁元素,成本相对较低且较为稳定。

总的来说,三元锂电池具有电池能量密度高、充电速度快、耐低温等优点,而磷酸铁锂电池在安全稳定性、使用寿命、生产成本方面更占优势。

动力电池的争锋对决

电动汽车的历史其实比燃油车还要早。1834年,第一辆电动汽车在美国问世。随着蓄电池技术的发展,19世纪下半叶,电动汽车在欧美得到了较为广泛的运用。后由于石油的开发和内燃机技术的提高,续航里程孱弱的铅酸蓄电池汽车在1920年之后渐渐失去优势,逐步被燃油车取代。

直到1991年,日本索尼公司推出了第一块商品化锂离子电池,掀起了电池工业的第一次革命。这种能量密度更高、拥有良好循环性能的电池促使电动汽车行业开始复苏。加上石油资源的日益减少、大气环境污染等问题,汽车厂商纷纷着手研究搭载锂电池的新产品,人们重新关注起电动汽车。

2008年,特斯拉发布了第一款纯电动跑车Roadster,该车是首辆使用锂离子电池的商用汽车,也是第一辆续航里程超过390公里的电动汽车,选用了松下生产的18650圆柱型电池。此后,特斯拉凭借能量密度更胜一筹的三元材料电池和全新Model S/X车型获得了巨大的成功,逐步确立了全球电动汽车的标杆地位。

特斯拉的成功使得越来越多的品牌开始加入电动汽车行列。乘着新能源汽车产业的东风,蔚来、理想等新势力造车品牌相继成立,宁德时代也站上了这个风口,将精力放在了三元电池的研发上。而磷酸铁锂材料虽然热稳定性更好更安全,但由于能量密度较低且低温状态下掉电过快,只能被用在一些经济低廉的车型上,甚至一度成为骗取新能源补贴的车企获利工具。

2019年,特斯拉开始了国产化进程。为进一步降低售价,国产标准版Model 3选择搭载方形磷酸铁锂电池。通过几次升级优化充电速度和放电能力后,磷酸铁锂版Model 3开始被市场接受。

随着电池产业链的进化,磷酸铁锂电池拥有了几乎可以与三元电池一较高下的续航能力,加上新能源补贴开始退坡,原材料价格上涨等因素,许多车企开始主动研发、设计搭载磷酸铁锂电池的车型。2021年,中国动力电池出货量为220GWh,其中磷酸铁锂电池出货量为117 GWh,三元锂电池出货量为109 GWh,磷酸铁锂电池成功反超三元锂电池。

随着充电桩的普及,未来续航里程需求降低,磷酸铁锂电池的增长速度会更快,但这并不意味着三元锂电池会就此沉寂。没有哪种技术可以始终领先,企业只会倾向于选择成本更低、性价比更高的方案。虽然磷酸铁锂电池一直努力向更高的价位渗透,但就目前而言,三元锂电池依然在续航里程更高、定位更高端的车型上占据主导地位。

动力电池三元锂和磷酸铁锂比例(磷酸铁锂VS三元锂)(1)

如今三元锂电池和磷酸铁锂电池“双分天下”,两种电池技术都在竞争中一步步走向成熟。此外,固态电池、钠离子电池等新电池技术路线也值得关注,未来2-3年或将进入商业化应用阶段。

动力电池的争锋给新能源汽车市场注入了新的活力,无论将来哪种电池脱颖而出,消费者都能找到称心如意的那一款,新能源汽车市场化进程也能“换挡提速”。

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