1、三元鋰電池:技術(shù)成熟,當(dāng)前占據(jù)市場(chǎng)主流

從產(chǎn)品成熟度角度來(lái)看,美國(guó)特斯拉Model系列車型已經(jīng)實(shí)現(xiàn)突破,Model3即將規(guī)模化銷量,進(jìn)一步論證三元鋰動(dòng)力電池的可行性。Model3采用全新21700電池,相比18650電池在外觀上變長(zhǎng)變粗,能量密度也提高了20%,單體電池容量可達(dá)3~4.8Ah,大幅提升35%。毫無(wú)疑問(wèn),當(dāng)前三元鋰動(dòng)力電池已然為主流產(chǎn)品。

2、固態(tài)鋰電池:技術(shù)潛力大,有望成為未來(lái)的主流產(chǎn)品

從技術(shù)潛力角度來(lái)看,三元鋰動(dòng)力電池能量密度提升相對(duì)困難,全固態(tài)鋰電池能量密度提升,從理論上講更具可行性。一是全固態(tài)鋰電池電壓平臺(tái)提升,固態(tài)電解質(zhì)比有機(jī)電解液普遍具有更寬的電化學(xué)窗口,有利于進(jìn)一步提升電池的能量密度;二是固態(tài)電解質(zhì)能阻隔鋰枝晶生長(zhǎng),材料應(yīng)用體系范圍大幅提升,為具有更高能量密度空間的新型鋰電技術(shù)奠定基礎(chǔ)。三是全固態(tài)鋰電池當(dāng)前能量密度約400Wh/Kg,預(yù)估最大潛力值達(dá)900Wh/Kg,有超過(guò)100%的提升空間。固態(tài)鋰電池必將是未來(lái)的主流產(chǎn)品。

表格三元鋰電池與固態(tài)鋰電池技術(shù)性能對(duì)比

3、固態(tài)鋰電池:安全性高,可大幅降低車輛自燃率

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外多次出現(xiàn)新能源汽車自燃事故,新能源汽車的使用越來(lái)越關(guān)注。其主要原因在于動(dòng)力電池(三元鋰為主)的問(wèn)題,三元鋰電池的電氣安全、功能安全、化學(xué)安全、機(jī)械安全方面控制仍不給力。一般而言,三元鋰電池液態(tài)電解質(zhì)易燃易爆,在長(zhǎng)期使用過(guò)程中容易觸發(fā)“熱失控”,在充放電過(guò)程中鋰枝晶的生長(zhǎng)容易刺破隔膜,引起電池短路,造成安全隱患。但是全固態(tài)鋰電池則具有極高的安全性,其固態(tài)電解質(zhì)不可燃、無(wú)腐蝕、不揮發(fā)、不漏液,同時(shí)也克服了鋰枝晶現(xiàn)象,搭載全固態(tài)鋰電池的汽車的自燃概率會(huì)大大降低。

綜合上述產(chǎn)品、技術(shù)、安全等方面的比較,全固態(tài)鋰電池在使用安全和技術(shù)潛力方面具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì),但是三元鋰電在產(chǎn)品成熟度、市場(chǎng)滲透方面具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。綜合來(lái)看,當(dāng)前采用三元鋰電是純電動(dòng)汽車最為明智的選擇。但是,一旦全固態(tài)鋰電池解決金屬鋰穩(wěn)定性差等問(wèn)題后,將爆發(fā)強(qiáng)大的產(chǎn)品替代力,或?qū)㈩嵏矂?dòng)力電池產(chǎn)業(yè)格局。

4、高能量動(dòng)力電池發(fā)展格局預(yù)判

前文提到,國(guó)家的政策導(dǎo)向已經(jīng)非常明確,大力支持高能量密度的新型鋰離子動(dòng)力電池的發(fā)展,并已經(jīng)有相應(yīng)的政策細(xì)則體現(xiàn)。主要表現(xiàn)在三個(gè)方面:一是2017年6月份國(guó)家工信部發(fā)布的雙積分政策,通過(guò)高能量密度降低電池質(zhì)量而獲得低的百公里電能消耗量Y時(shí),可以獲得1.2倍積分;二是去年年底補(bǔ)貼政策,強(qiáng)調(diào)了高能量密度(乘用車電池能量密度>120Wh/Kg)時(shí),可獲得1.1~1.2倍補(bǔ)貼;三是從獲取補(bǔ)貼必須進(jìn)入的新能源汽車推廣目錄來(lái)看,乘用車三元鋰電車型占比持續(xù)提升,今年第6批車型份額占比超過(guò)70%,已然促進(jìn)了高能量密度電池的發(fā)展。

然而,雖然國(guó)內(nèi)新能源汽車推廣應(yīng)用方面取得了良好成績(jī),但是面向私人消費(fèi)者的純電動(dòng)乘用車產(chǎn)品仍受制于“里程焦慮”的影響,尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。私人需求端市場(chǎng)的突破與滿足要求動(dòng)力電池的能量密度有進(jìn)一步提升,就目前情況而言,僅三元鋰動(dòng)力電池和固態(tài)鋰動(dòng)力電池可能達(dá)成2020年目標(biāo)。這將引發(fā)國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池技術(shù)新格局。

第一類,技術(shù)領(lǐng)先型,以CATL為代表。CATL企業(yè)本身已經(jīng)具備了三元鋰電技術(shù)沉淀,其產(chǎn)品將采用硅碳材料作為負(fù)極,“十三五”期間有望實(shí)現(xiàn)350Wh/kg目標(biāo);同時(shí)CATL在固態(tài)鋰電池(鋰硫電池、聚合物電芯)均取得了突破,如CATL設(shè)計(jì)制造的容量為325mAh的聚合物電芯高溫循環(huán)性能表現(xiàn)良好。技術(shù)的領(lǐng)先和提前布局,能夠保證企業(yè)在新技術(shù)的應(yīng)用推廣時(shí)占據(jù)制高點(diǎn)。

第二類,技術(shù)跟隨型,以國(guó)軒高科、力神等為代表。國(guó)軒高科、力神等企業(yè)具備較強(qiáng)的市場(chǎng)基礎(chǔ),都在加速研發(fā)具有高電池能量密度的三元鋰電技術(shù)。如科技部官網(wǎng)關(guān)于國(guó)軒高科三元鋰電技術(shù)的突破情況,稱其以“高鎳正極+硅基負(fù)極”為電池材料,實(shí)驗(yàn)室電池能量密度水平達(dá)281Wh/kg。但是這類企業(yè)很少或者基本上沒(méi)有涉及到固態(tài)鋰電池技術(shù)儲(chǔ)備,該類企業(yè)或?qū)⒓涌焱侨毡狙芯克akti3(美國(guó))、清陶能源等具有全固態(tài)鋰電池技術(shù)的企業(yè)合資合作。

第三類,技術(shù)轉(zhuǎn)型類,以比亞迪、萬(wàn)向等為拜拜。比亞迪、萬(wàn)向等企業(yè),其核心產(chǎn)品磷酸鐵鋰電池能量密度上升空間有限,逐步降低磷酸鐵鋰電池的影響,加速轉(zhuǎn)型三元鋰電池技術(shù)路線。其中,萬(wàn)向旗下A123Systems磷酸鐵鋰產(chǎn)品能量密度止步于140Wh/kg左右;比亞迪計(jì)劃在2018年三元鋰電池能量密度達(dá)到240Wh/kg左右,2020年達(dá)到300Wh/kg左右。該類企業(yè)具有較強(qiáng)的技術(shù)積累和研發(fā)支撐,且有較強(qiáng)的技術(shù)嗅覺(jué),或?qū)⒓訌?qiáng)同中科院青島能源所、國(guó)能電池研究院等科研院所的合作,加快全固態(tài)動(dòng)力電池的研發(fā)。

總而言之,磷酸鐵鋰技術(shù)路線正在被替代,三元鋰電池技術(shù)路線已經(jīng)成為主流,未來(lái)全固態(tài)鋰電池或新鋰離子電池技術(shù)路線將逐步替代三元鋰。