2月18日，一則關(guān)于特斯拉將使用寧德時(shí)代“無(wú)鈷電池”的新聞迅速傳開(kāi)。在三元鋰電池大行其道的當(dāng)下，磷酸鐵鋰電池重回?zé)狳c(diǎn)。
提到磷酸鐵鋰，相信大家并不陌生，但受限于當(dāng)時(shí)的電池技術(shù)和國(guó)家補(bǔ)貼政策，磷酸鐵鋰一直在新能源商用車(chē)和儲(chǔ)能領(lǐng)域發(fā)光發(fā)熱。
近年來(lái)，是什么讓磷酸鐵鋰又重新回到乘用車(chē)領(lǐng)域，與三元爭(zhēng)“一哥”呢？下面，就讓我們就來(lái)扒一扒這其中的原因。
01
什么是“磷酸鐵鋰”和“三元”？
兩款電池的的負(fù)極、電解液及隔膜等均類(lèi)似，最大的區(qū)別在于正極材料，并以此取名。
三元電池有NCM和NCA兩類(lèi)。NCA鎳鈷鋁電池，主要應(yīng)用于圓柱電池中，例如特斯拉。而國(guó)內(nèi)絕大部分車(chē)型都采用NCM鎳鈷錳電池。
三元常見(jiàn)的表達(dá)方式還會(huì)在NCM后加一串?dāng)?shù)字，例如NCM523、NCM811等，代表了鎳鈷錳在材料中的大概比例。
02
兩款電池在性能上有何差別？
受結(jié)構(gòu)影響，磷酸鐵鋰和三元在性能方面各有優(yōu)劣，我們從大家最關(guān)心的幾個(gè)點(diǎn)依次分析：能量密度、快充性能、循環(huán)壽命、安全性、成本。
能量密度：
對(duì)于用戶(hù)來(lái)講，續(xù)航里程是首要關(guān)注點(diǎn)。在其他因素相同時(shí)，能量密度越高，意味著續(xù)航里程越長(zhǎng)。
從電芯層面來(lái)講，三元電池能量密度更高。磷酸鐵鋰正極材料的額定電壓、理論比容量（mAh/g）均低于三元電池，且其能量密度已開(kāi)發(fā)到“天花板”。
而三元NCM電池還可以通過(guò)提高Ni元素比例，進(jìn)一步提高實(shí)際比容量（mAh/g），提高電芯能量密度。
注：電芯能量密度需結(jié)合電芯設(shè)計(jì)與工藝綜合評(píng)估，
表中值僅作參考。
快充性能：
快充時(shí)間，尤其是低溫快充，作為制約電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一，也是改善用戶(hù)用車(chē)體驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)。
理論上，三元電池有優(yōu)勢(shì)。其二維的鋰離子脫嵌通道與均衡的電解液設(shè)計(jì)，使得在充放電過(guò)程中，鋰離子可以在一張面上快速移動(dòng)脫嵌，充電速率自然就快了起來(lái)。
而磷酸鐵鋰結(jié)構(gòu)因其一維的鋰離子脫嵌通道，和側(cè)重高溫性能的電解液設(shè)計(jì)，導(dǎo)致其鋰離子遷移速率慢，尤其是低溫充電速率慢。這一特性直接影響了其在乘用車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用。
循環(huán)壽命：
理論上，磷酸鐵鋰在壽命方面存在優(yōu)勢(shì)。其橄欖石晶體結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，膨脹更低、電化學(xué)反應(yīng)更穩(wěn)定。
安全性：
磷酸鐵鋰電池在安全方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。其正極電壓低，不存在類(lèi)似于三元的釋氧熱鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，熱穩(wěn)定溫度可以達(dá)到300℃以上，而三元電池在150-200℃左右。
經(jīng)濟(jì)性：
價(jià)格上，目前磷酸鐵鋰LiFePO4有明顯優(yōu)勢(shì)，原材料相對(duì)價(jià)格便宜，國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)成熟。
而想要降低三元NCM（LiNixCoyMn1-x-yO2）電池價(jià)格，鈷元素是關(guān)鍵。鈷主要是伴生礦，產(chǎn)量少且分布不均，全球鈷礦主要集中在剛果（金），澳大利亞、古巴等地，約占全球儲(chǔ)量的80%，2018上半年剛果（金）政局變動(dòng)便造成鈷價(jià)大幅波動(dòng)，價(jià)格持續(xù)高漲。
粗略比較，磷酸鐵鋰要比三元價(jià)格便宜0.1~0.2元/Wh。對(duì)于一個(gè)50kWh電池包，僅電芯就可降本近0.5~1萬(wàn)元。這對(duì)整車(chē)生產(chǎn)廠商和用戶(hù)都是一個(gè)不小的吸引點(diǎn)。
簡(jiǎn)單說(shuō)，三元在能量密度、快充速度方面有優(yōu)勢(shì)，磷酸鐵鋰在循環(huán)壽命、安全、經(jīng)濟(jì)性上有優(yōu)勢(shì)。
但在電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展前期，電池包能量密度＜140Wh/kg，整車(chē)NEDC續(xù)航里程大多低于300km。當(dāng)時(shí)影響電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的瓶頸在于續(xù)航里程，且有國(guó)家補(bǔ)貼政策支持，可彌補(bǔ)經(jīng)濟(jì)性的不足，所以三元鋰電池是首選。
03
為什么磷酸鐵鋰重返乘用車(chē)領(lǐng)域？
隨著國(guó)家新能源補(bǔ)貼政策的退坡，新能源汽車(chē)要開(kāi)始與傳統(tǒng)燃油車(chē)赤身拼搏，各整車(chē)生產(chǎn)廠商都面臨巨大降本壓力。與此同時(shí)，磷酸鐵鋰電池被人詬病的能量密度和充電缺點(diǎn)，也在隨著技術(shù)的發(fā)展得到改善。
能量密度方面：隨著CTP（Cell to PACK），即是電芯直接集成為電池包技術(shù)的成熟，更高效電池包集成、更低整車(chē)能耗，磷酸鐵鋰車(chē)型的續(xù)航，已有能力提升至400km甚至500km以上。
充電方面：隨著電芯快充、熱管理、充電樁技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用于乘用車(chē)的磷酸鐵鋰電池也基本可以做到與主流三元相同的快充速率。
成本方面：國(guó)家補(bǔ)貼政策退坡，NCM811電池雖降低了鈷含量降低成本，但工藝復(fù)雜，現(xiàn)階段生產(chǎn)成本較NCM523無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)。此時(shí)成本更低、壽命更長(zhǎng)的磷酸鐵鋰電池，自然被更多車(chē)企選擇，成為主流趨勢(shì)。
1） 磷酸鐵鋰電池，充分發(fā)揮其在成本、壽命及安全方面優(yōu)勢(shì)主打中低端的車(chē)型和運(yùn)營(yíng)車(chē)，續(xù)航在400km左右。
2）三元依賴(lài)于其高的能量密度、更快的快充速度、更長(zhǎng)的續(xù)航里程，主打中、高端車(chē)型，續(xù)駛里程≥500km。
根據(jù)市場(chǎng)端需求定位規(guī)劃，為用戶(hù)購(gòu)車(chē)提供了更多的選擇，不存在誰(shuí)替代誰(shuí)。相信今年一定陸續(xù)會(huì)有很多經(jīng)濟(jì)型的磷酸鐵鋰和高續(xù)航的三元車(chē)型上市。
至于特斯拉，在國(guó)內(nèi)大概率會(huì)采用CATL的磷酸鐵鋰電芯，而“cobalt free”是否是要進(jìn)一步減低三元電池中鈷元素含量，研發(fā)新一代電池，還耐人尋味，讓我們拭目以待！
