鉅大LARGE | 點擊量：7785次 | 2018年05月20日
三元鋰電池和固態鋰電池的對比及影響分別如何？
1、三元鋰電池:技術成熟,當前占據市場主流
從產品成熟度角度來看,美國特斯拉Model系列車型已經實現突破,Model3即將規模化銷量,進一步論證三元鋰動力電池的可行性。Model3采用全新21700電池,相比18650電池在外觀上變長變粗,能量密度也提高了20%,單體電池容量可達3~4.8Ah,大幅提升35%。毫無疑問,當前三元鋰動力電池已然為主流產品。
2、固態鋰電池:技術潛力大,有望成為未來的主流產品
從技術潛力角度來看,三元鋰動力電池能量密度提升相對困難,全固態鋰電池能量密度提升,從理論上講更具可行性。一是全固態鋰電池電壓平臺提升,固態電解質比有機電解液普遍具有更寬的電化學窗口,有利于進一步提升電池的能量密度;二是固態電解質能阻隔鋰枝晶生長,材料應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奠定基礎。三是全固態鋰電池當前能量密度約400Wh/Kg,預估最大潛力值達900Wh/Kg,有超過100%的提升空間。固態鋰電池必將是未來的主流產品。
表格 三元鋰電池與固態鋰電池技術性能對比
3、固態鋰電池:安全性高,可大幅降低車輛自燃率
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
近年來國內外多次出現新能源汽車自燃事故,新能源汽車的使用越來越關注。其主要原因在于動力電池(三元鋰為主)的問題,三元鋰電池的電氣安全、功能安全、化學安全、機械安全方面控制仍不給力。一般而言,三元鋰電池液態電解質易燃易爆,在長期使用過程中容易觸發“熱失控”,在充放電過程中鋰枝晶的生長容易刺破隔膜,引起電池短路,造成安全隱患。但是全固態鋰電池則具有極高的安全性,其固態電解質不可燃、無腐蝕、不揮發、不漏液,同時也克服了鋰枝晶現象,搭載全固態鋰電池的汽車的自燃概率會大大降低。
綜合上述產品、技術、安全等方面的比較,全固態鋰電池在使用安全和技術潛力方面具有絕對的優勢,但是三元鋰電在產品成熟度、市場滲透方面具有相當的優勢。綜合來看,當前采用三元鋰電是純電動汽車最為明智的選擇。但是,一旦全固態鋰電池解決金屬鋰穩定性差等問題后,將爆發強大的產品替代力,或將顛覆動力電池產業格局。
4、高能量動力電池發展格局預判
前文提到,國家的政策導向已經非常明確,大力支持高能量密度的新型鋰離子動力電池的發展,并已經有相應的政策細則體現。主要表現在三個方面:一是2017年6月份國家工信部發布的雙積分政策,通過高能量密度降低電池質量而獲得低的百公里電能消耗量Y時,可以獲得1.2倍積分;二是去年年底補貼政策,強調了高能量密度(乘用車電池能量密度>120Wh/Kg)時,可獲得1.1~1.2倍補貼;三是從獲取補貼必須進入的新能源汽車推廣目錄來看,乘用車三元鋰電車型占比持續提升,今年第6批車型份額占比超過70%,已然促進了高能量密度電池的發展。
然而,雖然國內新能源汽車推廣應用方面取得了良好成績,但是面向私人消費者的純電動乘用車產品仍受制于“里程焦慮”的影響,尚未實現大規模應用。私人需求端市場的突破與滿足要求動力電池的能量密度有進一步提升,就目前情況而言,僅三元鋰動力電池和固態鋰動力電池可能達成2020年目標。這將引發國內動力電池技術新格局。
第一類,技術領先型,以CATL為代表。CATL企業本身已經具備了三元鋰電技術沉淀,其產品將采用硅碳材料作為負極,“十三五”期間有望實現350Wh/kg目標;同時CATL在固態鋰電池(鋰硫電池、聚合物電芯)均取得了突破,如CATL設計制造的容量為325mAh的聚合物電芯高溫循環性能表現良好。技術的領先和提前布局,能夠保證企業在新技術的應用推廣時占據制高點。
第二類,技術跟隨型,以國軒高科、力神等為代表。國軒高科、力神等企業具備較強的市場基礎,都在加速研發具有高電池能量密度的三元鋰電技術。如科技部官網關于國軒高科三元鋰電技術的突破情況,稱其以“高鎳正極+硅基負極”為電池材料,實驗室電池能量密度水平達281Wh/kg。但是這類企業很少或者基本上沒有涉及到固態鋰電池技術儲備,該類企業或將加快同三星日本研究所、Sakti3(美國)、清陶能源等具有全固態鋰電池技術的企業合資合作。
第三類,技術轉型類,以比亞迪、萬向等為拜拜。比亞迪、萬向等企業,其核心產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,加速轉型三元鋰電池技術路線。其中,萬向旗下A123Systems磷酸鐵鋰產品能量密度止步于140Wh/kg左右;比亞迪計劃在2018年三元鋰電池能量密度達到240Wh/kg左右,2020年達到300Wh/kg左右。該類企業具有較強的技術積累和研發支撐,且有較強的技術嗅覺,或將加強同中科院青島能源所、國能電池研究院等科研院所的合作,加快全固態動力電池的研發。
總而言之,磷酸鐵鋰技術路線正在被替代,三元鋰電池技術路線已經成為主流,未來全固態鋰電池或新鋰離子電池技術路線將逐步替代三元鋰。
