磷酸铁锂电池能量密度未来能赶超三元锂电池吗

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磷酸铁锂电池能量密度未来能赶超三元锂电池吗

由于磷酸铁锂电池系统能量密度与补贴金额直接挂钩，倒逼电池企业尽快提升能量密度。在材料性能没有突破性进展的情况下，部分电池企业采用轻量化、减轻电池箱重量和做大电池尺寸等方式来提高能量密度，其安全性、循环寿命以及实际量产遭到了业内人士的质疑。

由于改进材料性能以提升铁锂电池单体比能量的作用比较有限，部分电池企业采用轻量化、减轻电池箱重量和把电池壳体做薄的方式来提高能量密度。磷酸铁锂电芯目前量产最高能量密度160wh/kg，明年还会进一步提升，预计能达到170wh/kg。

数据显示，2019年磷酸铁锂电池电芯的市场报价已降至0.7元/Wh以下，三元电池电芯的报价则在0.9元/Wh左右徘徊，两者差距开始扩大。据测算，以400km和250km续航车型为例，磷酸铁锂扣除补贴影响后综合成本比三元分别低5600元和3500元。伴随着2021年补贴的全面退出，磷酸铁锂的价格优势将不断凸显。

近年来，磷酸铁锂电池能量密度确实提升不少，将于2020年5-6月份推出的全新一代铁锂电池，体积比能量密度将提升50%，具有更高的安全性和更长的寿命，寿命可以达到8年或者120万公里，成本可以降低30%。在现有材料体系的大框架下，无论技术如何改进，磷酸铁锂动力电池电芯的能量密度达到300Wh/kg的希望都较为迷茫，相对来说，三元技术路线则较有希望。

根据报告预计，到2020年，中国新能源汽车市场的动力电池总需求量将接近5000万kWh，其中，磷酸铁锂电池还将经历2年的缓慢增长，到2019年，绝对需求量会下降，2020年快速下降到750万kWh左右；预计2018年纯电动客车领域将会对三元电池解禁，此后三元电池的需求量将会爆发，到2020年将会达到4250万kWh左右，从而基本完成对中国新能源汽车市场的统治，而磷酸铁锂电池则会将市场中心转移到储能领域。

磷酸铁锂电池与三元锂电池安全性对比

关于三元和磷酸铁锂的安全性争议持续了两三年，尤其是商用电动车究竟该使用哪种电池也一直众说纷纭，此前业内有一个“折中”的观点是：不同车型采用不同的电池，如乘用车看重续驶里程，采用高比能量的三元电池，客车更看重安全性，采用比能量相对低但稳定性更高的磷酸铁锂。

三元锂电池由于在200度左右会发生分解，并且分解后会产生更加剧烈的化学反应，因此在汽车碰撞时更容易着火，这也是三元锂电池普遍被认为不安全的地方，正是因为这个原因三元锂电池此前被暂停使用在客车上。

然而，安全性的好坏其实更取决于整个动力电池系统，尤其是电池管理系统，合格的BMS都可以在发生意外时切断电源避免着火，并不能仅因为三元锂材料容易热解就认为三元锂电池不安全。随着三元锂电池安全性重新被评估，客车将解禁三元锂电池，这无疑又释放了很大一块市场。

磷酸铁锂与三元的市场之争，至目前虽然还没有一个明确的定论，并且电池技术日新月异，不久的将来迎来革命性的变化也在意料之中，技术已经成熟的三元电池，凭借其能量密度高且仍有较大提升空间、不逊色的安全性、耐低温、高充电效率等特性，将会在新的市场中站稳脚跟。

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解析：磷酸铁锂能量极限在哪，电动车降价靠砍“镍”有戏吗？

镍这种元素你可能听说过，但不知道它与你生活有什么直接关系，镍最近涨价的事儿可能你更不关心。而且由于当下俄乌局势，持续数月的冲突再加上西方国家的制裁因素，导致包括镍原材料在内的多种能源、原材料、芯片等全球供应不足，原本每吨2万美元的镍现在已经涨到3.3万美元。

这种原材料级别的产品，如果你不是专业领域可能根本不在乎它是什么，它又能做什么。然而我们日常使用的不锈钢、电动车的动力电池，都需要这种镍元素的参与；而且现在动力电池的镍含量还比较高，例如NCM811、523电池，镍占比成分分别为80%和50%。

现在高价位的镍元素有人很早就开始布局，例如特斯拉与多方签订了镍饿的供货协议。但像特斯拉这样的企业还是少数，对于那些手里没掌握镍资源，能不能把电池中的镍成分降低或者说，把镍成分取消？

未来动力电池格局，多种电池并行？

镍的比例越高就代表电池的能量密度越大，现在的主流发展路线如果想提高电池能量密度、提升车辆续航里程，就是把镍的占比拉高，例如811、523电池，还有LG将为特斯拉提供的镍含量90%的NCMA新电池。这些电池，都在向着高镍这个趋势发展，但镍的成本越来越高，也就有了另外一种发展路线。

无镍或者低镍电池的解决方案，其实也有现成的，例如一直在使用的磷酸铁锂电池（LFP）、新研发的钠电池等，但以上提到的两种电池，在能量密度上都不如使用了镍元素的三元锂电池（NCM）。

结合实际情况来看，目前我们还没能找到能够在化学性上能够提到镍元素在电池中起到高能量密度的元素，所以理论上现在的三元锂电池依旧走着高镍，或者以后全镍的路线。那么未来的新能源汽车领域，电池的应用也会逐渐多样化，短期内应该会以三种类型组成：钠电池、磷酸铁锂电池以及三元锂电池。

钠电池由于无法在同等体积下达成与磷酸铁锂同样的能量密度，所以将会更适用于低成本的电动车；磷酸铁锂电池将会成为一大部分新能源汽车所使用的主流电池，也会和镍含量不算高的锂电池形成竞争；那么高镍电池，有可能将成为高端电动车的专属，例如811、特斯拉的90%镍元素新电池。

那么高镍电池的应用，虽然能量密度提升，但钴和锰元素的降低也就意味着使用寿命和化学稳定性会有一定的削减，同时还得做好电池的热管理系统；另外，高镍还涉及着电池配方与锂元素的比例混合，镍与锂元素的价格现在都居于高位，背后的成本考量也同样重要。

如果不用镍，能不能有高密度？

在没有新型材料、新化学结构出现之时，钠电池更适用于储能领域的前提下，要想真正实现无镍电池，我们还得把目光看像磷酸铁锂电池。随着电池技术发展，磷酸铁锂一直受到能量密度低的问题困扰。

像宁德时代、国轩高科、比亚迪等一批做电池的企业，给出了解决磷酸铁锂电池短板的解决方案。

宁德时代的磷酸铁锂电池单体能量密度可达174Wh/kg，麒麟电池搭载磷酸铁锂时的能量密度能超过160Wh/kg；比亚迪现在装车的磷酸铁锂电池单体能量密度最大140Wh/kg，比亚迪还预计在2022年，推出第二代刀片电池，能量密度将会达到180Wh/kg；国轩高科今年底实现230Wh/kg磷酸铁锂电芯的量产，今年还对磷酸铁锂能量密度目标突破260Wh/kg。

这些磷酸铁锂电池已经比发展初期的能量密度有着很大提升，基本上已经能达到与NCM523三元锂电池一样的能量密度165Wh/kg。

先说宁德时代是怎么实现磷酸铁锂电池的高能量密度，宁德时代是将磷酸铁锂电池应用在麒麟电池中，所谓麒麟电池就是一个新的电池模组方案，在尺寸不变的情况下通过技术手段实现内部能容纳更多的电芯。比亚迪第二代刀片电池大概率也会采用这种思路，来实现磷酸铁锂电池的高能量密度。

除了以上的方案之外，国轩高科给出了第二种思路。

正极材料克容量很少有人提及，磷酸铁锂正极材料的克容量上限是170mAh/g，现行的主流电池配方在146mAh/g左右。实际上磷酸铁锂正极材料容量还有一定的提升空间，在电池容量整体保持不变的前提下，减少负极材料容量来增加正极材料容量，这样一来电池的能量密度就得以提升。

之后的负极材料国轩高科选择了硅基负极材料，也是一种高能量密度的必需元素，硅的容量理论上是4200mAh/g，比石墨烯高10倍，这也是最近几年硅基负极材料得到广泛应用的原因。但需要面临的问题是，硅的膨胀率非常高，充放电膨胀率可以达到300%左右，过大的膨胀率也就导致了电池循环使用寿命的缩减，普通石墨烯基负极也就10%左右的膨胀率。