2020年是極不平凡的一年,在混亂之中,盡管全球GDP下降,但電動汽車(EV)和電池領(lǐng)域仍有大量活動。
有報道稱,特斯拉(Tesla)將在于中國制造的Model 3中使用磷酸鐵鋰(LFP)技術(shù)(來自中國電池生產(chǎn)商CATL)。盡管特斯拉尚未確認(rèn),但從純粹的成本角度來看,在鎳錳鈷(NMC)上使用LFP是有意義的。在中國,CATL的LFP陰極活性材料(CAM)的價格(每千瓦時)比NMC811價格便宜43%。考慮到陰極是迄今為止電池中最昂貴的組件,這種活性材料成本的差異或?qū)﹄妱悠嚨碾姵刈罱K成本產(chǎn)生重要影響。
LFP和NMC的成本與能量密度
盡管成本存在上升空間,但LFP的顯著缺點(diǎn)是能量密度,其僅為MNC811的65%~70%(取決于包裝)。這意味著,若需實現(xiàn)相同的行駛里程,EV電池的物理尺寸將增大三分之一,這對于空間有限的車輛來說是一個問題。使用LFP供電的Model 3,使用與當(dāng)前版本相同的電池空間,應(yīng)具有NCA范圍的66%左右。
當(dāng)然,如果特斯拉使用LFP,其動機(jī)是降低成本,因此電動汽車對更多人來說可以負(fù)擔(dān)得起。此外,中國新電動車的補(bǔ)貼僅適用于價格在30萬元以下的汽車。為了符合條件,Model 3的價格必須下降2019年價格的20%~25%。
在中國,政府補(bǔ)貼還要求電池組(而非電池)級別的最低能量密度為140Wh/kg。在傳統(tǒng)的電池組設(shè)計中,使用LFP不能達(dá)到140Wh/kg的水平,因此必須重新設(shè)計以優(yōu)化空間和重量。
電池到包裝技術(shù)
CATL和競爭對手比亞迪都宣布了新的LFP包裝設(shè)計,其效率大大提高,均已超過140Wh/kg。新設(shè)計被稱為電池到包裝(CTP)技術(shù)。盡管存在設(shè)計差異,但這兩家公司本質(zhì)上都使用非常大的棱柱形電池,這可以實現(xiàn)更有效的電池包裝和冷卻系統(tǒng)、更少的連接和更簡單的電池管理系統(tǒng)。與目前在中國以外的所有Tesla汽車中使用的Panasonic NCA圓柱形電池相比,新的CTP設(shè)計將連接和電路的數(shù)量減少了200倍,從而使電池便宜得多。LFP和CTP的使用應(yīng)轉(zhuǎn)化為一種可以勾選中國市場所有條條框框的工具。
國外也在尋求使用大型棱柱形電池的包裝設(shè)計。通用汽車和LG Chem的關(guān)系導(dǎo)致Ultium電池生產(chǎn),該電池計劃于今年秋天投放市場,到2022年所有使用該平臺的通用電氣電動汽車都將使用。相反,他們將使用含89%鎳的新型LG Chem NMCA化學(xué)物質(zhì),所得電池組的能量密度應(yīng)大于200Wh/kg。當(dāng)然,這比LFP貴,使用NMCA和Ultium技術(shù),通用汽車希望使用鋰離子電池實現(xiàn)最大的續(xù)航里程,并且考慮到包裝的高能量密度(性能),具有成本效益。
大眾汽車也開始使用他們所謂的模塊化電驅(qū)動矩陣(MEB),類似于CTP和Ultium,實現(xiàn)大型棱柱形電池的高利用率和低成本架構(gòu)。
LFP在電動汽車中的使用率主要由于其低成本而增加,但問題是在什么程度上?
首選技術(shù)
顯然,LFP技術(shù)將在中國乃至其他以成本為驅(qū)動因素的亞洲國家普及。另外,預(yù)計在成本最為重要且將使用LFP的這些地區(qū),小型兩輪和三輪車的數(shù)量將強(qiáng)勁增長。此外,LFP正在通過大眾運(yùn)輸卡車進(jìn)入巴西。
同時,對大型高性能汽車的需求將保持強(qiáng)勁增長。CAT、SK Innovations、LG Chem等將為亞洲、歐洲和北美的電動汽車提供高鎳電池。NMCA、NMC811和其他高鎳化學(xué)品將是性能的選擇,并且隨著鈷含量的降低,它們還將成為含鎳鋰離子成本最低的產(chǎn)品。
外表
對未來的期望是兩種主要技術(shù)——低成本LFP和高性能(高鎳)NMC。BNEF、Roskill和其他分析師對此兩種技術(shù)的市場份額沒有完全達(dá)成共識。到2030年,LFP電池在電動汽車中的預(yù)測百分比范圍為15%到40%。
目前,尚不清楚成本與性能的關(guān)系將在哪里結(jié)束,以及如何將其轉(zhuǎn)化為EV電池技術(shù)。但是,在可預(yù)見的將來,在中國生產(chǎn)的新型電動汽車中,只有四分之一是LFP,而NMC/NCA的這一比例為76%。(本文由國際鎳協(xié)會提供資料整理而成)