2018年6月份，Elon Musk在推特發(fā)表宣言，稱想要從現(xiàn)有的NCA方向上繼續(xù)減少鈷的用量。
2月18日，一則關于特斯拉將使用寧德時代“無鈷電池”的新聞迅速傳開。在三元鋰電池大行其道的當下，磷酸鐵鋰電池重回熱點。
提到磷酸鐵鋰，相信大家并不陌生，但受限于當時的電池技術和國家補貼政策，磷酸鐵鋰一直在新能源商用車和儲能領域發(fā)光發(fā)熱。
近年來，是什么讓磷酸鐵鋰又重新回到乘用車領域，與三元爭“一哥”呢？下面，就讓我們就來扒一扒這其中的原因。
01
什么是“磷酸鐵鋰”和“三元”？
兩款電池的的負極、電解液及隔膜等均類似，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。NCA鎳鈷鋁電池，主要應用于圓柱電池中，例如特斯拉。而國內(nèi)絕大部分車型都采用NCM鎳鈷錳電池。
三元常見的表達方式還會在NCM后加一串數(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？
受結構影響，磷酸鐵鋰和三元在性能方面各有優(yōu)劣，我們從大家最關心的幾個點依次分析：能量密度、快充性能、循環(huán)壽命、安全性、成本。
能量密度：
對于用戶來講，續(xù)航里程是首要關注點。在其他因素相同時，能量密度越高，意味著續(xù)航里程越長。
從電芯層面來講，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，且其能量密度已開發(fā)到“天花板”。
而三元NCM電池還可以通過提高Ni元素比例，進一步提高實際比容量（mAh/g），提高電芯能量密度。
注：電芯能量密度需結合電芯設計與工藝綜合評估，
表中值僅作參考。
快充性能：
快充時間，尤其是低溫快充，作為制約電動汽車發(fā)展的關鍵因素之一，也是改善用戶用車體驗的關鍵點。
理論上，三元電池有優(yōu)勢。其二維的鋰離子脫嵌通道與均衡的電解液設計，使得在充放電過程中，鋰離子可以在一張面上快速移動脫嵌，充電速率自然就快了起來。
而磷酸鐵鋰結構因其一維的鋰離子脫嵌通道，和側重高溫性能的電解液設計，導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領域的應用。
循環(huán)壽命：
理論上，磷酸鐵鋰在壽命方面存在優(yōu)勢。其橄欖石晶體結構更穩(wěn)定，膨脹更低、電化學反應更穩(wěn)定。
安全性：
磷酸鐵鋰電池在安全方面具有無可比擬的優(yōu)勢。其正極電壓低，不存在類似于三元的釋氧熱鏈式反應，熱穩(wěn)定溫度可以達到300℃以上，而三元電池在150-200℃左右。
經(jīng)濟性：
價格上，目前磷酸鐵鋰LiFePO4有明顯優(yōu)勢，原材料相對價格便宜，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈相對成熟。
而想要降低三元NCM（LiNixCoyMn1-x-yO2）電池價格，鈷元素是關鍵。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，約占全球儲量的80%，2018上半年剛果（金）政局變動便造成鈷價大幅波動，價格持續(xù)高漲。
粗略比較，磷酸鐵鋰要比三元價格便宜0.1~0.2元/Wh。對于一個50kWh電池包，僅電芯就可降本近0.5~1萬元。這對整車生產(chǎn)廠商和用戶都是一個不小的吸引點。
簡單說，三元在能量密度、快充速度方面有優(yōu)勢，磷酸鐵鋰在循環(huán)壽命、安全、經(jīng)濟性上有優(yōu)勢。
但在電動汽車發(fā)展前期，電池包能量密度＜140Wh/kg，整車NEDC續(xù)航里程大多低于300km。當時影響電動汽車發(fā)展的瓶頸在于續(xù)航里程，且有國家補貼政策支持，可彌補經(jīng)濟性的不足，所以三元鋰電池是首選。
03
為什么磷酸鐵鋰重返乘用車領域？
隨著國家新能源補貼政策的退坡，新能源汽車要開始與傳統(tǒng)燃油車赤身拼搏，各整車生產(chǎn)廠商都面臨巨大降本壓力。與此同時，磷酸鐵鋰電池被人詬病的能量密度和充電缺點，也在隨著技術的發(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的成熟，更高效電池包集成、更低整車能耗，磷酸鐵鋰車型的續(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、充電樁技術的發(fā)展，應用于乘用車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：國家補貼政策退坡，NCM811電池雖降低了鈷含量降低成本，但工藝復雜，現(xiàn)階段生產(chǎn)成本較NCM523無明顯優(yōu)勢。此時成本更低、壽命更長的磷酸鐵鋰電池，自然被更多車企選擇，成為主流趨勢。
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)勢主打中低端的車型和運營車，續(xù)航在400km左右。
2）三元依賴于其高的能量密度、更快的快充速度、更長的續(xù)航里程，主打中、高端車型，續(xù)駛里程≥500km。
根據(jù)市場端需求定位規(guī)劃，為用戶購車提供了更多的選擇，不存在誰替代誰。相信今年一定陸續(xù)會有很多經(jīng)濟型的磷酸鐵鋰和高續(xù)航的三元車型上市。
至于特斯拉，在國內(nèi)大概率會采用CATL的磷酸鐵鋰電芯，而“cobalt free”是否是要進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！
