鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:318次 | 2024年01月10日
燃料、三元、磷酸鐵鋰離子電池,到底誰(shuí)是未來(lái)?
新能源汽車搭載的電池最主流的有三類,一是磷酸鐵鋰電池,二是三元鋰電池,三是燃料電池。比亞迪的刀片電池,屬于磷酸鐵鋰電池。
最先崛起的王者,磷酸鐵鋰電池。磷酸鐵鋰電池價(jià)格不高,最大的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定,安全性高,所以曾經(jīng)是新能源汽車的搭載首選。但這種電池能量密度較低,簡(jiǎn)單說(shuō),供電量有限,續(xù)航里程低。而客戶恰恰對(duì)"續(xù)航里程"格外鐘情,所以磷酸鐵鋰電池的輝煌沒(méi)能延續(xù)。
后來(lái)居上的是三元鋰電池。同樣是比亞迪生產(chǎn)的電池,磷酸鐵鋰電池的單體能量密度為150Wh/kg,三元鋰電池能量密度則達(dá)到了200Wh/kg。這就意味著,使用三元鋰電池,可以實(shí)現(xiàn)更高的續(xù)航里程。國(guó)家政策對(duì)高續(xù)航的車型更為傾向,同時(shí)消費(fèi)都也普遍存在對(duì)續(xù)航里程的焦慮。如果車輛采用傳統(tǒng)的磷酸鐵鋰則會(huì)影響續(xù)航里程,這樣就不容易拿到補(bǔ)貼,車也不好賣。所以三元鋰電池一度成為市場(chǎng)的寵兒。包括比亞迪在內(nèi)的新能源汽車廠,都至少有一部分車型使用了三元鋰電池。在去年,以三元鋰電池為主導(dǎo)的特斯拉,銷量超越比亞迪成為世界第一的電動(dòng)汽車工廠。
燃料電池曇花一現(xiàn),但卻有不可忽視的潛力。燃料電池最為特殊。前兩類電池的功能是儲(chǔ)存電,燃料電池的功能是發(fā)電。這是一種將燃料與氧化劑中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。目前使用最廣泛的燃料是氫氣。在工作時(shí),燃料和氧化劑由外部供給進(jìn)行反應(yīng),不斷釋放電能。燃料電池蘊(yùn)含的能量巨大,動(dòng)力充沛,續(xù)航里程不是問(wèn)題。關(guān)于燃料電池,此前最躥紅的是青年汽車。曾有一則新聞:《水氫發(fā)動(dòng)機(jī)河南南陽(yáng)下線,車輛只需加水即可行駛》。里面的主角是青年汽車集團(tuán)。所提到的車輛,只需要加水就可以行馳。過(guò)程是這樣,水轉(zhuǎn)換成氫,氫發(fā)電,電驅(qū)動(dòng)汽車行駛。這里的核心是燃料電池。但是,用什么能量把水轉(zhuǎn)換成氫?
燃料電池汽車還沒(méi)有真正市場(chǎng)化。自2013年到2017年底,全球一共才售出了6475輛氫燃料電池乘用車。2019年1-11月,中國(guó)燃料電池汽車銷量為1337輛。就算2019年市場(chǎng)不好,這些銷量依然可以被忽略不計(jì)。燃料電池汽車還面臨一個(gè)問(wèn)題,就是沒(méi)有足夠的加氫站。加氫站的建設(shè)是燃料電池汽車商業(yè)化的關(guān)鍵。
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%
除了以上三大電池,還有一些非主流,也是不可忽視的競(jìng)爭(zhēng)者。除三大主力之外,特斯拉已著手研發(fā)四元鋰電池,將來(lái)沒(méi)準(zhǔn)還有五元、六元,或者十塊錢(qián)的電池。同樣在三月,韓國(guó)三星推出了全固態(tài)電池。固態(tài)電池一度被視為最適合電動(dòng)車使用。大眾今年推出了搭載固態(tài)電池的奧迪PB18e-tron。除了擁有跑車的速度,這款車還擁有15分鐘完成充電的超能力。
橫空出世的刀片電池
2020年3月29日,刀片電池的發(fā)布會(huì)上,王傳福公布了刀片電池在針刺測(cè)試時(shí)的視頻。王傳福說(shuō):因?yàn)槿囯姵剡^(guò)不了這個(gè)測(cè)試,所以國(guó)家已經(jīng)不再將該測(cè)試作為電池的強(qiáng)制檢驗(yàn)辦法。但比亞迪為了追求安全性,還是進(jìn)行了被稱為"珠穆朗瑪峰"的針刺測(cè)試。測(cè)試是這樣的,用3-8毫米直徑的鋼針刺穿電池,從而模擬電池遇到故障或者事故時(shí)的短路狀態(tài)。
在播放的視頻的視頻中,刀片電池被貫穿之后,沒(méi)有明火、沒(méi)有冒煙,甚至溫度都沒(méi)有明顯的升高。放置于電池表面的雞蛋,沒(méi)有因?yàn)槭軣岫忻黠@的變化。對(duì)于刀片電池的原理,比亞迪作出了解釋。磷酸鐵鋰電池的弱點(diǎn)是能量密度低。比亞迪的解決辦法是調(diào)整組合方式,減少用以支撐的梁、柱,把空間讓給真正有儲(chǔ)電作用的電芯,使得能量密度更高。刀片電池的體積與能量密度之比比傳統(tǒng)磷酸鐵鋰塊狀電池提高了50%。汽車的續(xù)航里程提高到了600公里。
安全性與續(xù)航里程的矛盾
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
這一對(duì)矛盾說(shuō)來(lái)話長(zhǎng),因?yàn)槟芰勘旧硎俏kU(xiǎn)的,能量越大,安全性自然越低。人力車沒(méi)有危險(xiǎn),但是跑不遠(yuǎn)。要想跑得遠(yuǎn),就要用汽油、氫氣,就可能會(huì)燃料、爆炸。既便搭載刀片電池,比亞迪"漢"的續(xù)航里程也只有605公里,這是磷酸鐵鋰電池的天花板。而特斯拉ModelS的續(xù)航里程為660公里,特斯拉Roadster的續(xù)航里程為1000公里。燃料電池方面,本田的Clarity,續(xù)航里程達(dá)到750公里。
在續(xù)航里程方面,付出這么多努力,磷酸鐵鋰電池只能勉強(qiáng)與三元鋰電池打平。而三元鋰電池陣營(yíng)顯然不會(huì)止步不前。如果有必要,并不介意再提高一下能量密度。
競(jìng)爭(zhēng)的另一個(gè)焦點(diǎn)是安全性。磷酸鐵鋰電池有安全優(yōu)勢(shì),并不意味著另兩類電池就不安全。特斯拉有一整套電池管理系統(tǒng),在過(guò)充保護(hù)(OVP)、過(guò)放保護(hù)(UVP)、過(guò)溫保護(hù)(OTP)、過(guò)流保護(hù)(OCP)這幾個(gè)環(huán)節(jié)上都會(huì)下不少的功夫。通過(guò)外殼保護(hù)、及時(shí)切斷等技術(shù),安全性能也在日益提高。燃料電池需要走的路或許還要更長(zhǎng)一些,目前看來(lái)技術(shù)還不成熟。但就像人類已經(jīng)適應(yīng)了"汽油"這么危險(xiǎn)的能量源一樣,人類也會(huì)慢慢習(xí)慣氫燃料,核燃料。而其澎湃的動(dòng)力,是足以碾壓儲(chǔ)存型電池的。
三類電池各有所長(zhǎng)
磷酸鐵鋰電池勝在安全;三元鋰電池勝在能量密度高,續(xù)航里程高;燃料電池的巨大優(yōu)勢(shì)在于充能迅速,3-5分鐘,就可以給車加滿氫氣。
磷酸鐵鋰電池的另一個(gè)弱點(diǎn)令人擔(dān)憂,其在低溫下的表現(xiàn)不佳。而在中國(guó)的廣袤北方、歐洲、北美,有太多的地方將會(huì)考驗(yàn)著電池的低溫運(yùn)行能力。溫度降到-10℃,一塊3500mAh的磷酸鐵鋰電池,承受低于100次的充放電循環(huán)之后,電量就會(huì)衰減至500mAh,基本就報(bào)廢了。在北方的冬天,磷酸鐵鋰電池或許不是最佳的選擇。
但磷酸鐵鋰也有一個(gè)致勝的妙招,其對(duì)貴重金屬的依賴度非常小。如果新能源進(jìn)一步普及開(kāi)來(lái),材料供給將會(huì)成為新的瓶頸,而僅使用常規(guī)材料的磷酸鐵鋰無(wú)疑具有巨大優(yōu)勢(shì)。
憑借刀片電池的勝出,比亞迪及旗下的弗迪電池,會(huì)有兩三年風(fēng)聲水起的好日子。但是電池領(lǐng)域的拼殺并不會(huì)結(jié)束,會(huì)有更多的新技術(shù)脫穎而出。從而推動(dòng)新能源汽車馳騁向前。
點(diǎn)評(píng)
在世界范圍內(nèi),石油和天然氣的儲(chǔ)量充足,將來(lái)石油市場(chǎng)會(huì)呈現(xiàn)供大于求的局面。但中國(guó)的情況不大一樣,中國(guó)的石油依靠輸入。而隨著國(guó)力日盛,對(duì)能源的需求將進(jìn)一步擴(kuò)大。從國(guó)家安全的角度考慮,中國(guó)不會(huì)允許能源命脈過(guò)度依賴他人。所以僅中國(guó)市場(chǎng),就可以滿足新能源企業(yè)的銷量。而現(xiàn)在的技術(shù)加速迭代,正符合產(chǎn)業(yè)和國(guó)家戰(zhàn)略的需要。