不知道大家发现没有,现在买新能源车,磷酸铁锂电池已经成为主流了。
据中国汽车动力电池产业创新联盟发布数据显示,2024 年 5 月,磷酸铁锂电池装车量 29.5GWh,同比增长 54.1%,占总装车量 74.0%,磷酸铁锂电池的市占率突破 70%大关。
另外在储能领域,据中关村储能产业技术联盟统计,磷酸铁锂电池是主要的储能电池,占 94.4%。
而就在几年前,磷酸铁锂电池还一直是很多人眼中“低廉、落后”的代名词,其市场占有率也不如三元电池,为什么短短几年磷酸铁锂电池就开始逆袭了呢?
能量密度提升,与三元电池差距缩小
2009-2016 年,随着“十城千辆”等政策推出,我国新能源车产业快速发展起来,这个期间磷酸铁锂电池占主导,因为其中很大一部分都是体型比较大的商用车,对能量密度不敏感(包括体积和质量两个维度),但对安全性非常敏感,这个时候磷酸铁锂电池更合适。
为了提升产业的技术水平,2016 年补贴政策开始将电池系统能量密度纳入考核标准:对纯电动乘用车动力电池系统的质量能量密度设定了不低于 90Wh/kg 的最低门槛,并对高于 120Wh/kg 的电池系统按 1.1 倍给予补贴。
从当时的实际情况来看,磷酸铁锂电池多数集中在 90Wh/kg 左右,三元电池普遍超过 90Wh/kg,很多还超过了 120Wh/kg,能拿到 1.1 倍的补贴。
很快到 2018 年底,三元电池的份额就来到了 70%。也是在这个时候,押注三元电池的宁德时代开始崛起,比亚迪则有点“隐身”。
不过随着电池化学材料、封装技术的提升,CTP 1.0、2.0 时代的到来,电池的能量密度得到快速提升。这里一个代表性的车型就是 2020 年上市的汉 EV,搭载比亚迪的刀片电池,系统能量密度能达到 140Wh/kg,电池容量为 76.9kWh,NEDC 续航里程能达到 605km。
到 2024 年,磷酸铁锂电池已经能满足大部分需求了,宁德时代还推出了神行电池 PLUS(属于磷酸铁锂电池),系统能量密度能达到 205Wh/kg,续航里程能够突破 1000km,同时支持 4C 的超充。与此同时,比亚迪的第二代刀片电池也即将发布,据称能量密度能达到 190Wh/kg。
当然整体来看,三元电池的能量密度还是要更高的(包括质量和体积两个维度),如果要装 100kWh 甚至更高的容量,还是得选择三元电池,比如小米 SU7 Max、理想 MEGA、极氪 009,三者都搭载的是宁德时代的三元麒麟电池,电池容量分别为 101kWh、102.7kWh、116/140kWh,这种容量磷酸铁锂电池很难装进去。
不过整体来看,磷酸铁锂电池已经能满足绝大部分需求了,极氪 001 也能装下 95kWh 的宁德神行电池。
在能量密度不是什么大问题后,磷酸铁锂电池就基本都是优点了。
安全、长寿命、低成本,磷酸铁锂好处多多
从微观的层面来看,磷酸铁锂的正极是橄榄石状的立体结构,高温下仍比较稳定,而三元电池正极是层状结构,相对来说没那么稳定。
当然电池的安全性是个系统性工程,除了电芯的正极,电解液、隔膜、电池热管理、防爆阀、排气设计等都会影响到最终一台电动车的安全性,因此不一定三元电池的车辆就不如磷酸铁锂安全,但要达到相同的安全规格,三元的成本肯定要高一些,最终也会体现在售价上。
当然磷酸铁锂和三元电池更大的成本差距还是在电芯上,根据则言咨询的最新数据,磷酸铁锂电池的电芯价格是 380 元/kWh,高镍三元则是 550 元/kwh,三元电池电池比磷酸铁锂贵了 44.7%,如果是 100kWh 的电池,三元电池在电芯方面就比磷酸铁锂贵了 1.7 万元。
除了安全和低成本,磷酸铁锂还有一大优势就是长寿命,这里指的是循环寿命,目前大厂的三元锂电池都能达到 1000-2000 次循环,与此同时磷酸铁锂电池普遍能达到 2000 次以上,部分能达到 3500 次以上,如果是供给给储能市场的话,循环次数能达到 4500-5000 次以上。
这里对于“长寿命”,磷酸铁锂还有一个隐性的优势,就是磷酸铁锂电池每次是可以都充满的,但三元电池一般只建议充满到 90%甚至 80%,比如特斯拉建议四驱长续航版车主日常使用只充到 80%,这也是为了电池的寿命考虑的。当然如果你要出远门,还是直接充满。
SOC 校对不准、低温性能差,算法和热管理可以解决
有这么多好处,磷酸铁锂还有两个不是那么关键的劣势,一个是 SOC 电量估算不太准,一个是低温性能较差。
首先来说 SOC 电量估算不准的问题,主要是磷酸铁锂 LFP 电池先天的充放电特性就是电压太平了,在 10%-90%的电量电压都差不多,导致很难用开路电压来修正 SOC 的值。为解决这一问题,车企会建议车主一周充满一次或多次来校准。
不过随着技术的进步,现在的车企已经能够比较准确的估算磷酸铁锂电池的 SOC 电量了,比如蔚来最新的 75kWh 电池包已经是纯磷酸铁锂了,之前的 75kWh 电池包加入了部分三元电池来校准电量。理想最新的一款车 L6 也采用的是磷酸铁锂电池,而在 2020 年的时候,李想曾公开表示“磷酸铁锂用在插混增程上是个灾难”,4 年时间过去,李想只想对磷酸铁锂说“真香”。
然后就是磷酸铁锂比较“怕冷”的问题了,随着车企热管理的水平越来越高,电池基本都能在一个适宜下的温度下工作,很多 20 万以上的车辆还装上了热泵空调,特斯拉的“八爪鱼”现在也不是那么新鲜了。
另外比亚迪和一些车企的电池还有脉冲自加热功能,不靠外界给你加热而是利用高频电流通过电阻来加热的,相当于靠“自己做俯卧撑”来热身,这样加热效率高比较省点。
总体来看,磷酸铁锂有着成本低、寿命长和先天更不容易热失控三大优势,尤其是成本这一项,在价格战愈演愈烈的当下非常关键,而其能量密度、SOC 校对、低温性能上的劣势已经随着技术进步弥补很多了,从发展趋势来看,国内磷酸铁锂的份额有望达到 80%以上。目前海外市场仍以三元电池为主,不过也在慢慢地往铁锂切换,目前出口的电池三元和磷酸铁锂基本 50:50,海外新能源车的发展还是要落后国内好几年的。