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磷酸锰铁锂电池即将上线,到底“猛不猛”?

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发表于 2022-12-13 18:30:40 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 江苏苏州
如果您关注新能源车,肯定或多或少听说过三元锂电池、磷酸铁锂电池,但到底谁好可能还真不是一句两句就能说清楚的。如果想下定论,可能真的需要具体年份具体分析。; k; [! S5 V# j4 `' \/ U1 U8 M8 q
                        ; {, C1 h: O/ X. {( H
            不过,最近随着锰元素的加入,似乎磷酸铁锂电池又找到了一剂“猛药”,即便不靠刀片技术,没有CTC、CTB的技术加持,也能与三元锂电池达到持平的水准。更重要的是,它仍然不需要镍和钴这两个身价傲娇的元素。. s1 _9 c+ D& a9 m
            三元锂与磷酸铁锂电池的博弈
6 Y9 F, G, n4 S' p  u2 Y' s: h            对于各家车企来说,动力电池的选择,需要围绕着成本、能量密度、安全这三个主要性能方向,同时还要兼顾低温性能、循环寿命与快充速度。
' a) p; l4 f7 _0 w5 K! }: G( k                        
9 s. t$ w5 ~* V: J9 i) ~' K            在电动车进入私人领域的伊始,磷酸铁锂凭借较低的成本、较好的安全性,一度成为各家车企的首选。( i7 F, R2 j# [1 i; ^: t
            当然,除了这些表象之外,当年BMS电池管理系统的不完善,也是三元锂电池不能成为主流选择的核心因素。( s- ^& g' ]* n# p2 X( A) X2 f! i
            因此,在2015年之前,磷酸铁锂电池的市场份额达到了70%。
- ]; H+ P- ]+ b8 ]                        
9 {3 m3 _/ |% e  C. |) ~4 a            但好景不长,在2016年公布的新能源补贴政策中,电池能量密度成为了“考核标准”,能量密度越高,补贴给的就越高,并且还设置了能量密度的最低门槛。! c! M( G8 u6 q; S  a  M6 `
            然后,磷酸铁锂电池就不再符合“真香定律”,但转折似乎就在一夜间,三元锂电池的市场占比一下就激增到67%。
- p3 Z. ^/ y( c, ~8 Z+ W8 b            转变有多彻底?那时所有买车的人,都会问一句这车用的是什么电池?如果是磷酸铁锂,那就不好意思。如果是三元锂电池,咱再继续聊。
' `( \, j# d) T2 |# K( Z8 k            即便是靠磷酸铁锂打开市场的比亚迪,也转战至三元锂电池的阵营。
+ `* N7 e% N) T                        
+ d% L6 m. J( P! X& A, d            直至2019年,事情迎来了新的转机。一方面是补贴退坡,另一方面是比亚迪推出了刀片电池技术。/ Y, `- |$ b7 k+ [4 y7 {; O% k
            简明扼要的说,就是政策补贴减少了50%,车企可以得到的少了很多。磷酸铁锂成本低的优势,又成了香饽饽。
1 p. S, `6 Y% R3 N6 E1 o; ~            因此,比亚迪适时的推出了刀片电池技术,其实就是通过改变电芯形状,优化动力电池内部的布局空间。按照大家都懂得意思,其实就是减少了动力电池内部的公摊面积,您的得房率不就高了。
. o1 A+ d* v) T+ G" W# I  S; d            不过,这个技术,其实是治标不治本,磷酸铁锂电池在材料方面的落后,并没有得到解决。
" u5 y1 r- E# i- e/ F. N1 @( D0 j            来一剂锰药
; A" m6 Q, S  G( ~5 T            不管是刀片电池、CTC、CTB,各家车企现在推出的电池升级技术,本质上都是优化电池内部的布局空间,通过增加电芯单体的数量,提升整个电池包的能量密度。# d" f( Q* v1 ^/ z
                        
) @6 g  Z( U6 O& }            如今随着锰元素的加入,磷酸铁锂电池似乎一下找到了突破瓶颈的“兴奋剂”。1 o( N) w, i5 J
            从晶格结构层面来看,磷酸铁锂电池是典型的橄榄石结构,您需要记住的就一点,它结构稳定且安全,循环寿命好且不容易发生热失控。- ]+ P! ]2 R0 a$ s+ _% S' ~/ b$ n
            唯一的缺点是,留给锂离子移动的空间比较小,这也是为什么磷酸铁锂能量密度低的核心原因。
8 q+ e* K# |& o% R  D                        4 M- ?" O  N" ?2 y% s
            其实发现问题之后,就比较好解决了。在元素周期表上,铁元素与锰元素是紧挨着的“邻居”,化学特性也比较相似,但是锰元素的电压平台比较高。+ O) F" T7 z7 T. \- a1 ~0 y
            在磷酸铁锂电池内,掺入一定比例的锰元素,就提升电芯的电压平台。
7 N' V" w0 m+ r8 H            提升电压能带来什么?能量=电压*容量,容量不变的前提下,提升电压能量密度可以提升20%。
( x$ f2 z5 V; R  h& X            掺入锰元素之后的磷酸锰铁电池,电池单体能量密度基本上可以追上5字开头的三元锂电池。5 n- k* H3 I, \( N6 h
            虽然暂时还没有特别大的突破,但磷酸锰铁电池的体内可没有镍和钴元素,成本一下就下来了。9 ~! o+ c) B7 b
            再配合上电池整包的优化布局技术,磷酸锰铁电池就是最符合“真香定律”的香饽饽。
/ j: O6 ]/ b9 R  {; K+ r            锰元素这么好的东西,为什么才被发现?其实早在2015年,比亚迪e6就用过磷酸锰铁电池。
, E$ x7 I; z" q" Z* A                        
! N. B: C( Q8 |& ~$ O. k& L            之所以到今天,才开始准备大面积应用,主要有两个问题。1 H. `$ w! L1 \9 f* S% o
            第一,生产技术。虽然只是加入了锰元素,但电池正极的配料比例需要重新调整,原有的生产线也需要全面升级。3 }* y' L5 F3 j% s1 Y5 a' U
            第二,材料特性。铁锂是半导体,锰铁锂是绝缘体,导电率很低,这个问题就需要更高的电池包覆工艺来解决。
/ M& ]# U5 n& c0 c+ O/ I+ w+ V8 m  p6 C            这也就是为什么现在很多电池厂家,都在表明需要调整产线,有足够的技术储备的核心原因。

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