傳統(tǒng)燃油車有“三大件”——發(fā)動機、變速箱、底盤。而對于新能源車來說,“三電”(電池、電機、電控)技術的重要程度堪比“三大件”之于傳統(tǒng)燃油車。而動力電池作為電動車的核心部件,其重要性同樣不言而喻。
實際上,車用動力電池也分許多類別。最早,動力電池按照正極材料可分為鈦酸鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳和鎳鈷鋁等幾大類。而從綜合性能來看,磷酸鐵鋰和三元鋰(包括鎳鈷錳和鎳鈷鋁)最符合電動車的使用要求。
作為國內新能源領域最具代表性的車企,比亞迪掌握著完善的“三電”技術。在電池技術上,比亞迪前些年始終堅持磷酸鐵鋰路線,并且技術已經十分成熟。近兩年由于補貼政策的變化,使得其不得不跟隨市場趨勢,相當于“半路出家”進行三元鋰電池的研發(fā),不過如今也做到了“后來居上”,其“811”電池研發(fā)已經取得一定的進展。
實際上,相比三元鋰電池,磷酸鐵鋰電池安全性更高、循環(huán)使用壽命更長、成本也更低,但能量密度的提升空間較小。而根據我國的新能源補貼政策,電池能量密度又是獲得多少補貼的重要因素。另外,在電池能量密度受限的情況下,車輛的續(xù)航也就失去了競爭力。所以,比亞迪才寧愿“忍痛割愛”暫時把磷酸鐵鋰電池放在一邊,以更高的制造成本去生產三元鋰電池。
但如果能夠解決磷酸鐵鋰電池能量密度低的短板,所有問題不就迎刃而解了嗎?理論上是這樣沒錯,但難度卻相當大。那么鋰電池的能量密度由什么決定呢?通常來講,鋰電池有4個核心部分:正極、負極、電解質和膈膜。其中,正負極是發(fā)生化學反應的地方,可謂重中之重。
現(xiàn)有的鋰離子電池負極材料多以石墨為主,石墨的理論容量為372mAh/g,磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池在負極材料上大體相同。但在正極材料上,磷酸鐵鋰的理論容量只有160mAh/g,而鎳鈷錳則高達200mAh/g。此外,生產工藝水平如壓實密度、箔材厚度等,也會影響能量密度。但整體來看,正極材料的性能差異才是決定性因素。
電池能量密度,其實可以從兩個維度來定義。一是單位重量內的能量密度,也就是工信部所采用的維度,直接關系到能獲得多少補貼,也在一定程度上影響著車輛的續(xù)航。而另一個,是單位體積內的能量密度,這個維度不在工信部的評判標準內,但會直接影響到車輛的續(xù)航能力,而續(xù)航能力又決定了補貼額度和市場競爭力。
而磷酸鐵鋰電池所謂的能量密度低,主要是按照體積維度來說的。據悉,比亞迪全新一代磷酸鐵鋰電池的能量密度(體積維度)將提升50%。那么也就意味著,相同的車型,比亞迪未來可將車輛的電池容積提高50%,雖然可能也會帶來重量增加的影響,但最終實際的續(xù)航表現(xiàn)一定是大幅提升的。
那么在攻克最大短板后,磷酸鐵鋰電池的優(yōu)勢就突顯出來了,首先就是安全性。近年來電動車安全事故頻發(fā),絕大部分是由于電池起火造成的。為了提升續(xù)航里程,如今的車企大多采用鎳成分比例較高的三元鋰電池,“622”型號如今已經十分常見,甚至“811”也已經在量產車型中搭載,也就是說維持電池穩(wěn)定性的鈷錳成分只占到20%,在續(xù)航里程提高的同時,電池安全性卻成了一大隱患。
相比之下,磷酸鐵鋰電池熱失控溫度普遍在500度以上,三元鋰電池則低于300度,一些高鎳三元鋰電池熱失控溫度甚至低于200度,這會增加車輛高速行駛及快速充電過程中自燃的風險。另外在使用壽命方面,磷酸鐵鋰電池充放電循環(huán)次數(shù)大約3500次后容量才開始衰減,而三元鋰電池在進行2000次充放電循環(huán)后就會出現(xiàn)衰退,存在明顯差距。據悉,比亞迪新一代磷酸鐵鋰電池的壽命達到8年120萬公里。
最后就是成本。由于磷酸鐵鋰電池無需貴重金屬材料,所以比較容易控制生產成本。而且,比亞迪新一代磷酸鐵鋰電池成本進一步降低30%,可在一定程度上緩解補貼退坡帶來的壓力。但三元鋰電池來看,無論是鎳鈷錳還是鎳鈷鋁,都需要鈷金屬作為原材料,但其70%儲量在非洲剛果金,價格十分昂貴。而高鎳三元鋰電池的誕生,一方面是由于激烈的市場競爭,另一方面也跟鈷技術成本過高有關。
不過,即使突破了能量密度低這個技術瓶頸,磷酸鐵鋰電池也并非十全十美。例如在抗低溫方面,三元鋰電池低溫使用下限值為零下30度,磷酸鐵鋰電池低溫下限值只有零下20度。那么如果在寒冷的北方地區(qū),磷酸鐵鋰電池的性能下降會更明顯。但恰恰北京又是全國純電動車的主力消費地區(qū),就算比亞迪在南方不愁賣,未來其動力電池將對外供應,如果失去北方市場,那么其在與寧德時代等對手的競爭中將相對被動,也不利于其動力電池業(yè)務獨立上市計劃的推進。