蔚来汽车公布三元铁锂电池,动力锂电池"混搭"要玩什么花样

2022-06-15      698 次浏览

近一段时间以来,碳酸锂价格暴涨使得新能源汽车市场未来走向格外引人关注。动力锂电池公司因此承受着巨大压力,上游资源涨价最终也会传导给整车公司。那么,整车公司除了涨价,还有没有别的出路?


不久前,蔚来汽车公布了三元铁锂标准续航电池包(75kWh)。据了解,该电池包采用三元锂和磷酸铁锂电芯混合排布的方式,并应用了新一代CTP技术。有行业分析人士就此指出,蔚来汽车的这一举措打破了三元锂电池磷酸铁锂电池之间的界限,不失为一种有益的尝试。


面对上游锂资源价格上涨,其他公司也开动脑筋提出对策,锰酸锂和三元锂电池混搭,钠电池和锂电池混搭等多种混搭形式都在研发之中。除了混搭外,天津斯科兰德科技有限公司(以下简称"天津斯科兰德")总经理李积刚告诉《我国汽车报》记者,磷酸锰铁锂技术路线也是动力锂电池未来发展的出路之一。


混搭之路从此开启


以往电动汽车大多只装配三元锂电池或磷酸铁锂电池,很少见到混搭的现象。蔚来汽车公布三元铁锂标准续航电池包,开启了量产车的动力锂电池混搭之路。


一位业内专家告诉记者,三元锂电池和磷酸铁锂电池电压不同,因此混搭很难保持电池包的一致性。三元锂电池的单体电压为3.6~4.3V,磷酸铁锂电池的单体电压为3.4V,两者之间存在电压差。动力锂电池包对一致性要求较高,电压差成为一致性的障碍。


磷酸铁锂电池有自己的优点,但低温性能差、SoC估算不准的缺点也给混搭带来较大的困难。据介绍,蔚来汽车经过反复摸索,独创的双体系算法为突破瓶颈找到了一条路。蔚来电池系统副总裁曾士哲表示,研发人员根据三元锂电池和磷酸铁锂电池低温特性进行模型化控制,经过多轮标定,有效提升了低温下电池系统的能量使用效率。


在混搭的道路上,蔚来汽车先行一步,其他公司也在努力。我国科学院物理所研究员李泓告诉记者,星恒电源股份有限公司和天目湖先进储能技术研究院有限公司(TIES)携手,共同研发锰酸锂电池和三元锂电池混搭。


据悉,锰酸锂电池的单体电压较高,达到3.9V。电压高意味着电池PACK用较少的电芯即可达到理想指标,从而降低成本。此外,少用电芯后,锰酸锂电池还有体积优势。李泓认为,在上游锂资源持续涨价的心理预期下,锰酸锂电池的低成本优势将越来越明显。


锰酸锂混搭三元锂电池也有难点要攻克。锰酸锂电池的安全性、耐高温性能、循环性都不及磷酸铁锂电池,但锰酸锂混搭三元锂电池也许是一个不错的选择。


CATL的混搭和上述两家公司又不同,是用钠电池和锂电池混搭。前不久,CATL公布了钠电池产品,并且明确表示将和锂电池组成电池包在2023年上市。据CATL研究院副院长黄起森介绍,CATL把钠离子电池和锂电池按一定比例进行混搭,集成到同一个电池系统里,通过BMS精准算法进行不同电池体系的均衡控制。这一电池系统解决方法,既弥补了钠离子电池现阶段能量密度低的短板,又发挥出其高功率、低温性能好的优势,可拓展更多应用场景。


磷酸锰铁锂电池的机会


两种不同材料的电池混搭在一起,既要发挥各自的长处,又要克服彼此的缺陷,确实不容易,这是以往动力锂电池很少采用混搭方式的重要原因之一。在李积刚看来,随着技术越来越成熟,磷酸锰铁锂的优势逐步显现出来。


据介绍,1997年,Goodenough课题组发明了磷酸盐正极材料。2009年,天津斯特兰首先采用这一材料体系生产电池,这种4.1V的磷酸锰锂电池用于3C数码产品。尽管磷酸锰锂电池的电压较高,但缺点也很明显,电导率较低,克容量较低,极片加工困难被广为诟病。


2014年,我国开始大规模推广新能源乘用车,政策导向偏向于能量密度,部分公司的目光再次瞄向磷酸锰锂。随着磷酸铁锂的技术得到大幅提高,研发人员把铁锂技术加进来,升级磷酸锰锂电池成磷酸锰铁锂电池。李积刚告诉记者,2019年,天津斯科兰德解决了加工性能等问题,磷酸锰铁锂得以快速产业化。


磷酸锰铁锂、磷酸铁锂、磷酸锰锂都是磷酸盐正极材料家族成员,但磷酸锰铁锂称得上是磷酸铁锂的升级版。据李积刚介绍,磷酸锰铁锂理论容量和磷酸铁锂相同,为170mAh/g,但它相有关Li+/Li的电极电势为4.1V,远高于磷酸铁锂的3.4V,且位于有机电解液体系的稳定电化学窗口。众所周知,高电压意味着PACK中的电芯数量减少,电芯数量减少,成本自然降低。李积刚说:"4.1V的高电位使得磷酸锰铁锂电池具有潜在的高能量密度的优点,这是它相有关磷酸铁锂电池的最大优势。"


李积刚进一步解释说,假如磷酸锰铁锂电池的实际容量发挥到和磷酸铁锂电池相同的程度,其能量密度将提高15%,和电压相当的锰酸锂相比,其质量能量密度也可提高25%以上。另外,磷酸锰铁锂电池原料成本低,环境友好,材料的市场前景广阔。


上游资源涨价是推手


动力锂电池混搭背后,原材料涨价是推手。今年八月末,碳酸锂的价格为11.2万元/吨,九月初已涨到13万元/吨,年底有可能达到18万元/吨。我国有色金属工业信息中心、北京安泰科信息股份有限公司高级分析师陈光辉说:"多种因素综合用途造成锂资源价格上涨,最重要的因素是新增锂资源的开发跟不上需求的上升,导致上游锂资源价格大幅上涨。"


数据显示,今年前8个月,我国新能源汽车累计产销量分别达到181.3万辆和179.9万辆,同比均上升1.9倍,渗透率已提升至11%左右。陈光辉告诉记者,去年碳酸锂产量上升率约为10%,远不及新能源汽车产销量上升率,这是碳酸锂价格上涨的重要原因。


国际环境及资本推动用途也导致碳酸锂价格大幅上涨。陈光辉说:"碳酸锂新增产量跟不上新能源汽车的上升,国际资本嗅到了其中的商机,加上美国推行的货币量化宽松,两种因素结合在一起推动了全球大宗商品价格上涨。"


从历史情况看,经济向好之时,有色金属价格也会进入上升周期。疫情之后,我国经济率先恢复,强劲的市场需求拉动了包括锂资源在内的金属价格上涨。


上游锂资源价格剧烈波动引发各方关注,海通证券的研究部门认为,在本就不足的锂矿供给中,大部分供给被长期协议锁定,不能自由销售。而Pilbara是散单市场上最大的供给方。在制度下,Pilbara对锂精矿的控制力极强。近期价格波动重要是缺矿的小厂或投机资金对价格造成很大的干扰。


长江证券的研究部门认为,近期价格波动反映了澳洲矿山变更矿石定价模式的态度。此前矿石定价模式为根据国内锂盐价格和利润分配比例来定价,最终结果是澳洲锂矿仅仅占到利润的小部分,并且锂矿的供需状态对矿石定价几乎没有影响,矿价仅仅只是跟随锂价波动。制度的引入,意味着矿石的定价开始由供需主导。


在这一行业大背景下,动力锂电池混搭会不会蔚然成风?人们拭目以待。

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