1、三元锂电池:技术成熟,当前占据市场主流
从产品成熟度角度来看,美国特斯拉Model系列车型已经实现突破,Model3即将规模化销量,进一步论证三元锂动力电池的可行性。Model3采用全新21700电池,相比18650电池在外观上变长变粗,能量密度也提高了20%,单体电池容量可达3~4.8Ah,大幅提升35%。毫无疑问,当前三元锂动力电池已然为主流产品。
2、固态锂电池:技术潜力大,有望成为未来的主流产品
从技术潜力角度来看,三元锂动力电池能量密度提升相对困难,全固态锂电池能量密度提升,从理论上讲更具可行性。一是全固态锂电池电压平台提升,固态电解质比有机电解液普遍具有更宽的电化学窗口,有利于进一步提升电池的能量密度;二是固态电解质能阻隔锂枝晶生长,材料应用体系范围大幅提升,为具有更高能量密度空间的新型锂电技术奠定基础。三是全固态锂电池当前能量密度约400Wh/Kg,预估最大潜力值达900Wh/Kg,有超过100%的提升空间。固态锂电池必将是未来的主流产品。
表格三元锂电池与固态锂电池技术性能对比
3、固态锂电池:安全性高,可大幅降低车辆自燃率
近年来国内外多次出现新能源汽车自燃事故,新能源汽车的使用越来越关注。其主要原因在于动力电池(三元锂为主)的问题,三元锂电池的电气安全、功能安全、化学安全、机械安全方面控制仍不给力。一般而言,三元锂电池液态电解质易燃易爆,在长期使用过程中容易触发“热失控”,在充放电过程中锂枝晶的生长容易刺破隔膜,引起电池短路,造成安全隐患。但是全固态锂电池则具有极高的安全性,其固态电解质不可燃、无腐蚀、不挥发、不漏液,同时也克服了锂枝晶现象,搭载全固态锂电池的汽车的自燃概率会大大降低。
综合上述产品、技术、安全等方面的比较,全固态锂电池在使用安全和技术潜力方面具有绝对的优势,但是三元锂电在产品成熟度、市场渗透方面具有相当的优势。综合来看,当前采用三元锂电是纯电动汽车最为明智的选择。但是,一旦全固态锂电池解决金属锂稳定性差等问题后,将爆发强大的产品替代力,或将颠覆动力电池产业格局。
4、高能量动力电池发展格局预判
前文提到,国家的政策导向已经非常明确,大力支持高能量密度的新型锂离子动力电池的发展,并已经有相应的政策细则体现。主要表现在三个方面:一是2017年6月份国家工信部发布的双积分政策,通过高能量密度降低电池质量而获得低的百公里电能消耗量Y时,可以获得1.2倍积分;二是去年年底补贴政策,强调了高能量密度(乘用车电池能量密度>120Wh/Kg)时,可获得1.1~1.2倍补贴;三是从获取补贴必须进入的新能源汽车推广目录来看,乘用车三元锂电车型占比持续提升,今年第6批车型份额占比超过70%,已然促进了高能量密度电池的发展。
然而,虽然国内新能源汽车推广应用方面取得了良好成绩,但是面向私人消费者的纯电动乘用车产品仍受制于“里程焦虑”的影响,尚未实现大规模应用。私人需求端市场的突破与满足要求动力电池的能量密度有进一步提升,就目前情况而言,仅三元锂动力电池和固态锂动力电池可能达成2020年目标。这将引发国内动力电池技术新格局。
第一类,技术领先型,以CATL为代表。CATL企业本身已经具备了三元锂电技术沉淀,其产品将采用硅碳材料作为负极,“十三五”期间有望实现350Wh/kg目标;同时CATL在固态锂电池(锂硫电池、聚合物电芯)均取得了突破,如CATL设计制造的容量为325mAh的聚合物电芯高温循环性能表现良好。技术的领先和提前布局,能够保证企业在新技术的应用推广时占据制高点。
第二类,技术跟随型,以国轩高科、力神等为代表。国轩高科、力神等企业具备较强的市场基础,都在加速研发具有高电池能量密度的三元锂电技术。如科技部官网关于国轩高科三元锂电技术的突破情况,称其以“高镍正极+硅基负极”为电池材料,实验室电池能量密度水平达281Wh/kg。但是这类企业很少或者基本上没有涉及到固态锂电池技术储备,该类企业或将加快同三星日本研究所、Sakti3(美国)、清陶能源等具有全固态锂电池技术的企业合资合作。
第三类,技术转型类,以比亚迪、万向等为拜拜。比亚迪、万向等企业,其核心产品磷酸铁锂电池能量密度上升空间有限,逐步降低磷酸铁锂电池的影响,加速转型三元锂电池技术路线。其中,万向旗下A123Systems磷酸铁锂产品能量密度止步于140Wh/kg左右;比亚迪计划在2018年三元锂电池能量密度达到240Wh/kg左右,2020年达到300Wh/kg左右。该类企业具有较强的技术积累和研发支撑,且有较强的技术嗅觉,或将加强同中科院青岛能源所、国能电池研究院等科研院所的合作,加快全固态动力电池的研发。
总而言之,磷酸铁锂技术路线正在被替代,三元锂电池技术路线已经成为主流,未来全固态锂电池或新锂离子电池技术路线将逐步替代三元锂。
