三元电池被逼上“绝路”?是真的不安全吗?
三元锂电池被关在了储能市场的大门外。
日前,国家能源局综合司发布了《防止电力生产事故的二十五项重点要求(2022年版)征求意见稿》,文件中明确提出:
“中大型化学储能电站不得选用三元锂电池和钠硫电池,不宜选用梯次利用动力电池;选用力电池时,应进行一致性筛选并结合溯源数据进行安全评估。”
相关政策的提出,不仅意味着在储能市场中,三元锂电池将会陷入到政策的劣势;甚至很大概率上,还会对动力电池市场中,三元锂电池的市场份额造成影响。
肯定会有不少人认为,三元锂电池热稳定性差、成本高,本身就不适用于储能。然而恰恰相反的是,国外较小规模的家用储能系统,大部分都是以三元锂电池为主,进而保证在有限的空间内,实现更大的效益。
当然,电池技术最讲究因地制宜。
目前国内的电化学储能市场中,由于考虑到成本、安全等问题,磷酸铁锂电池才是名副其实的主流。而且不容忽略的是,动力电池市场中,磷酸铁锂电池的市场份额,更是压了三元锂电池一头。
三十年河东,三十年河西。在这个补贴退坡的时代,没有政策的加持,三元锂电池的高能量密度,没能“打过”磷酸铁锂电池的安全性,正成为一个既定事实。
但另一角度,说三元锂电池被逼上“绝路”,还为时尚早。
三元锂电池,真的不安全?
不知从何时开始,三元锂电池的标签不再是高能量密度,而是变成了成本高、不安全。
伴随着舆论的导向,消费者们也从一开始的里程焦虑,逐渐向着安全焦虑的方向转变。而以刀片电池为首的磷酸铁锂电池们,越是强调宣传自身的安全性,三元锂电池的处境就越显微妙。
所以,三元锂电池是真的不安全吗?
首先,从安全的角度,亦或者是热稳定性的角度考虑,三元锂电池的技术路线,确实不及磷酸铁锂电池。
三元锂电池的热稳定性较差,300℃之下就会分解出氧分子,遇到电池中可燃的电解液、碳材料后,沾点火星就着,所产生的热量还会进一步加剧正极分解,极短的时间内就有可能发生爆燃。
相比之下,磷酸铁锂电池则可以坚持到700-800℃,而且不会分解出氧分子,缺少“助燃剂”的情况下,安全性能也就更高。
但是这里需要明确的一点:电芯安全,不代表电池系统安全;电芯热稳定性差,不代表电池系统不稳定。
正极材料、负极材料、电解液组成电芯,成百上千颗电芯组成模组,多个模组组合成电池包,电池包加上传感器、BMS、电子电路等就构成了整个电池系统。
关于三元锂电池、磷酸铁锂电池名称的由来,便是根据正极材料的不同而进行的区分。所以在讨论三元锂电池的安全性时,上文提到的化学特性分析,还只是停留在电芯层次。
为了保证三元锂电池上车的安全,动力电池企业、车企往往会从模组层次、电池包层次、系统层次逐级做出特殊设计,以弱化三元锂电芯层次的不稳定性,从而避免事故的产生。
像蔚来的不起火电池、广汽的弹匣电池、长城的大禹电池等,都是可以印证的实例。而且必须承认的是,从系统层次而非电芯层次,电池系统的安全才是对消费者有意义的事情。
当然,与磷酸铁锂电池相比,三元锂电池的成本确实会高很多。如上图所示,三元锂电池的单度成本至少要比磷酸铁锂电池高出94元,按照75度电的电池包计算,也就是至少会多出7050元。
两害相权取其轻,两利相衡取其重。
站在车企的位置来看,通过磷酸铁锂电池进行降本是一方面,满足消费者的意愿则是另外一方面。虽然说磷酸铁锂电池的能量密度较低,相对应的里程数也不长,但“够用+便宜”足够吸引不少消费者的青睐。
那么再提出一个新问题:三元锂电池,会没落吗?
4680向左,麒麟向右
根据中国汽车动力电池产业联盟数据显示,2021年全年国内动力电池装车量累计154.5GWh,其中三元电池装车量累计74.3GWh,同比累计增长91.3%;磷酸铁锂电池装车量累计79.8GWh,同比累计增长227.4%。
数据不会说谎,尽管动力电池的基本盘依旧稳定上涨,但磷酸铁锂电池与三元锂电池的市场份额已经出现了分流。再加上今年电池上游原材料成本飙涨,三元锂电池的处境变得更加糟糕起来。
穷则变,变则通。三元锂电池想要改变现状,其实也就只剩下一条路——技术创新。
特斯拉或许是最早意识到三元锂电池问题的车企之一,而4680圆柱电芯,便是特斯拉给出的答案。
在特斯拉的官方宣传中,4680电池通过正负极材料优化,以及干电极技术,增加了电池能量密度;圆柱状电芯,不仅可以降低结构成本,还进一步降低了制造成本;增强了热稳定性,降低了热管理难度……
总之,4680电池的出现,给三元锂电池的发展提供了新的方向,也成功带动了一波圆柱电池科研浪潮。无独有偶的是,作为全球动力电池龙头的宁德时代也在近期推出了麒麟电池,并且公然叫板特斯拉的4680。
麒麟电池是宁德时代CTP 3.0技术的集合,是典型的电池包结构创新,可以同时应用于磷酸铁锂电池和三元锂电池。
据官方宣称,第三代CTP技术在应用于三元电池的情况下,其电池系统重量能量密度可以提升至255Wh/kg, 体积能量密度则突破450Wh/L;而在应用于 磷酸铁锂电池的情况下,电池系统重量能量密度可以提升至160Wh/kg, 体积能量密度则突破290Wh/L。
事实上,关于麒麟电池超过4680系统13%性能的表述,真的很难判断出真假。但这种电池系统结构上的创新,如果没有对三元锂电芯和磷酸铁锂电芯进行特定的结构区分设计,很难说不会出现问题。
只不过话又说回来,对于车企来说,麒麟电池的出现,不仅意味着多出了一个可选择的方向,更是多出了一个继续使用三元锂电池的理由。
技术的创新,不管是电芯形状的创新也好,还是电池系统结构的迭代也罢,其目标一致——提供更适合市场的电池产品。
所以从性能、安全、成本三者之间的权衡来看,关于三元锂电池,终究会有特定的消费者为其买单,而且这个市场的韧性也足够大。
最后想要说的是,在长期主义与短期效益之间,车企也好,动力电池企业也罢,其实都需要一个深度的权衡。
换言之,特斯拉的4680、宁德时代的麒麟电池确实指出了两条路,但能否走得通,依旧存在很多的不确定性。而且就电池的创新而言,例如固态电池、钠离子电池等基础材料方面的技术进步,或许才是更有可能开拓出新市场的正确路径。
哪怕现在看来,动力电池的“横向发展”好像会比“纵向生长”更直截了当一些。
但时代终会证明,未来市场会倾向于哪一方,动力电池的真命题是什么,以及谁是对的,谁又是错的。
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