磷酸鐵鋰
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-08-31
磷酸鐵鋰的實(shí)例教程
▲圖5.不同廠家鐵鋰的情況
不同的電池企業(yè)對于三元路線，可能圍繞4680圓柱路線實(shí)現(xiàn)飛躍；而磷酸鐵鋰則成了正面戰(zhàn)場決戰(zhàn)的區(qū)域，成為幾家上產(chǎn)能最大的分化。
●
寧德時(shí)代：
鐵鋰圍繞原有的VDA尺寸和590電芯規(guī)格延伸，長圓柱的電芯適配小能量應(yīng)用。
●比亞迪：
長EV刀片電芯
（1代和第二代）
PHEV的刀片模組電池，All in磷酸鐵鋰。
●國軒：
圓柱磷酸鐵鋰方案。
●蜂巢能源：
全系短刀片技術(shù)路線，L600 EV應(yīng)用 L400PHEV應(yīng)用。
●中航鋰電：
中航鋰電的One Stop。
●億緯鋰能：
方殼大鐵鋰+圓柱鐵鋰。
▲圖6.國內(nèi)主要企業(yè)對于磷酸鐵鋰的不同封裝形式
Part 2
寧德時(shí)代的走法
寧德時(shí)代由于在客車和商用車有了很好的基礎(chǔ)，總體來看鐵鋰在逐步超過三元的用量，特別是9月份特斯拉在國內(nèi)大量銷售的時(shí)候，其實(shí)寧德時(shí)代的重心已經(jīng)開始逐步轉(zhuǎn)向鐵鋰了，2021年寧德時(shí)代磷酸鐵鋰裝機(jī)30.2GWh比三元的35.7GWh稍微少了一點(diǎn)點(diǎn)。
預(yù)計(jì)明年國內(nèi)寧德時(shí)代的磷酸鐵鋰會(huì)大幅超過自己的三元電池，整個(gè)發(fā)展重心也變化了。
展開 未來長遠(yuǎn)是蠻有信心磷酸鐵鋰的比例會(huì)進(jìn)一步提高，而且毛利也會(huì)進(jìn)一步提高。”
反觀比亞迪，因?yàn)橛辛恕暗镀姵亍钡募映郑M(jìn)入2021年以后，無論位于純電市場，還是插混市場，銷量層面都有了十分明顯的進(jìn)步。至于蔚來，雖然仍未正式官宣將會(huì)推出磷酸鐵鋰版相關(guān)車型，但是據(jù)相關(guān)消息顯示，其目前也已申請一個(gè)令人感到“驚喜”的專利技術(shù)。
綜合來看，就是將LFP磷酸鐵鋰電池，與NCM三元鋰電池按比例融合，做出一整套擁有雙體系的電池包。而這，可謂一定程度上坐實(shí)了此前不斷被爆，蔚來將要“鐵了芯”的傳聞。
上述幾家車企的紛涌而至，無疑將磷酸鐵鋰電池的重視程度，再次提升到了一個(gè)空前的位置。至于現(xiàn)象背后所反映出的本質(zhì)，還是伴隨著科技的不斷進(jìn)步，當(dāng)前者自身缺陷逐漸被弱化，優(yōu)點(diǎn)則會(huì)被隨即放大。
并未贏得的未來
平心而論，過去很長一段時(shí)間，關(guān)于三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池誰更優(yōu)異，誰更適合當(dāng)下電動(dòng)汽車發(fā)展、迭代的爭論，從來沒有平息。二者在制造成本、安全性能、綜合續(xù)航表現(xiàn)、能量密度等多方面的表現(xiàn)，都在被外界直接對標(biāo)，雙方之間的路線紛爭，甚至有著愈演愈烈的感覺。
但自去年開始，情況卻悄然間開始發(fā)生逆轉(zhuǎn)，進(jìn)入2021年以后，整體的格局則變得日漸清晰。根據(jù)中金公司最新發(fā)布的研究報(bào)告預(yù)測顯示，最終磷酸鐵鋰電池的真實(shí)滲透率，有望達(dá)到45%-50%，也就是說其將會(huì)與三元鋰電池，幾乎平分整個(gè)市場。
而從各自的特性來看，三元鋰電池，適合用車環(huán)境多樣的用戶，低溫續(xù)航性能表現(xiàn)比磷酸鐵鋰更好。
展開 磷酸鐵鋰的核心專利還有美國的Valence公司，1997年就開始在歐洲、日本和美國提交有關(guān)Fe位摻雜或取代磷酸鐵鋰活性材料的專利申請。
Valence在磷酸鐵鋰合成方法的研究主要集中在碳熱還原法，少數(shù)涉及前驅(qū)體制備和水熱合成法、機(jī)械固相法、高溫固相法。
國內(nèi)磷酸鐵鋰的發(fā)展，主要?dú)w功于中國在2011年宣告核心專利無效，為國內(nèi)磷酸鐵鋰的蓬勃發(fā)展奠立了基礎(chǔ)。
2003年， 魁北克水力等專利權(quán)利人在國際專利的基礎(chǔ)上向中國國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提出發(fā)明專 利申請“控制尺寸的涂覆碳的氧化還原材料的合成方法”，并于2008年獲得專利授權(quán)。
2010年8月，中國電池工業(yè)協(xié)會(huì)針對以上專利向國家專利復(fù)審委員會(huì)提出 無效請求。
2011年5月底，國家專利復(fù)審委員會(huì)作出無效決定，判決結(jié)果打消了需要付高額專利費(fèi)的顧慮，為國內(nèi)磷酸鐵鋰行業(yè)的壯大發(fā)展奠立了基礎(chǔ)。
小結(jié)：我覺得磷酸鐵鋰的技術(shù)路線能在中國走出來，專利保護(hù)還是比較重要的因素之一。
從全球來看，這么大的擴(kuò)產(chǎn)規(guī)模，也是基于未來的需求。從當(dāng)下來看，技術(shù)壁壘不再是主要的問題。“白菜化”確實(shí)是中國工業(yè)的特殊能力，我最近看了不少產(chǎn)業(yè)鏈上端的企業(yè)，很多東西真的是只有吃苦才能做出來，這點(diǎn)歐美做不到。
展開 磷酸鐵鋰的版本是61kWh，NEDC續(xù)航里程為470km；而蜂巢能源提供的無鈷鋰離子的版本為82.5kWh電池組，NEDC續(xù)航為600km，這也是全球首款搭載無鈷電池的新能源電動(dòng)車。我想從這個(gè)來探討一下整體的電池技術(shù)方向，并且向蜂巢這邊做一些采訪溝通。
圖1 蜂巢的無鈷電池包
第一部分 動(dòng)力電池的技術(shù)方向
從當(dāng)前的中國動(dòng)力電池技術(shù)路線來看，寧德時(shí)代主要涉及了磷酸鐵鋰、中鎳高電壓、高鎳三元和鈉電池等幾個(gè)方面，分成了高性價(jià)比、高能量密度兩條大的發(fā)展路徑，配上了鈉電池這樣的長期規(guī)劃。而比亞迪則從三元的電芯化學(xué)體系回歸到磷酸鐵鋰，在EV磷酸鐵鋰和PHEV磷酸鐵鋰兩個(gè)方向來做的。國內(nèi)的二線電池企業(yè)，中航鋰電、國軒高科、孚能科技也是根據(jù)整體的格局來走磷酸鐵鋰和三元兩個(gè)技術(shù)方向來做戰(zhàn)略跟隨和替代。這兩條技術(shù)方向也是成為目前國內(nèi)主流的技術(shù)方向。
第一類 高性價(jià)比電池
磷酸鐵鋰這個(gè)化學(xué)體系，最大的優(yōu)點(diǎn)還是對于金屬約束少，因此目前隨著越來越多的汽車企業(yè)也把入門款的車型選擇磷酸鐵鋰。在近兩年，磷酸鐵鋰動(dòng)力電芯做大電芯的技術(shù)路線，質(zhì)量能量密度介于180-200Wh/kg之間（體積能量密度350Wh/L-450Wh/L）。這和當(dāng)前三元電池520Wh/L相差無幾的數(shù)據(jù)，能替代65kWh以下的需求。在這里核心的變化，在于磷酸鐵鋰的電池通過當(dāng)前去模組化和CTP的方式，實(shí)現(xiàn)了高體積利用率的方式。
而在3-5年以后，隨著通過材料體系和工藝的優(yōu)化，磷酸鐵鋰有望往質(zhì)量能量密度在210-230Wh/kg（體積能量密度450Wh/L-500Wh/L）的方向走，從大趨勢來看，未來磷酸鐵鋰的技術(shù)方向可以把A0-B級(jí)入門款的車型全部涵蓋掉。特別是我們看到比亞迪目前使用刀片電池的磷酸鐵鋰的方式，覆蓋了所有的車型。
展開 目前采用磷酸鐵鋰電池的車型越來越多，隨著特斯拉與寧德時(shí)代預(yù)定45GWh磷酸鐵鋰電池，奔馳宣布使用磷酸鐵鋰電池，造車企業(yè)巨頭都使用磷酸鐵鋰電池，說明資本對磷酸鐵鋰的青睞。動(dòng)力電池格局又生變化 —— 磷酸鐵鋰電池銷量暴增，三元電池出貨量已經(jīng)漸漸被反超。
值得注意的是，9月已經(jīng)是LFP電池連續(xù)第5個(gè)月度產(chǎn)量超過三元電池。今年前9月，LFP電池產(chǎn)量合計(jì)71.6GWh，同比增長291.4%，而同期三元電池的產(chǎn)量為62.8GWh，僅同比增長131.1%。中國汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，三元電池裝車量占比為51.2%，磷酸鐵鋰電池占比為48.7%。
磷酸鐵鋰的裝機(jī)量和產(chǎn)量的增長幅度越來越大，可以推測出目前的市場的風(fēng)向更多是向著磷酸鐵鋰的方向傾斜。與磷酸鐵鋰電池相比，主打高能量密度、高性能的三元電池，當(dāng)前的市場占有率以肉眼可見的速度節(jié)節(jié)敗退。由之前市場份額百分之七十縮水到現(xiàn)在的百分之四十。
需要指出的是，磷酸鐵鋰的復(fù)蘇并不意味著，三元鋰電池的沒落。兩種不同的技術(shù)路線都能滿足用戶不同的出行需求，
從實(shí)際情況來看，絕大部分電池企業(yè)也都選擇兩條腿走路”。
事實(shí)上，磷酸鐵鋰與三元鋰電池的特性早有定論，只是在不同的階段，電池特性的權(quán)重不一樣。
例如鋰電產(chǎn)業(yè)發(fā)展早期，穩(wěn)定性與循環(huán)壽命決定了新能源汽車從0到1的突破關(guān)鍵，磷酸鐵鋰無疑更具優(yōu)勢。
而在電動(dòng)汽車從能用到好用的過程中，續(xù)航焦慮成為首要問題，能量密度具有天然優(yōu)勢的三元鋰電池不斷蠶食著磷酸鐵鋰的市場空間。
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磷酸鐵鋰的最新內(nèi)容
無論是三元鋰還是磷酸鐵鋰，動(dòng)力電池基本都是鋰離子電池。
為什么選鋰離子電池，而不選電動(dòng)自行車常用的鉛酸電池？
主要是為了緩解司機(jī)的續(xù)航焦慮。
鋰離子電池最大的優(yōu)點(diǎn)就是能量密度高，可達(dá)鉛酸電池的5倍。
然而相比汽油，鋰離子電池還是弟弟。
所以現(xiàn)在的純電動(dòng)汽車無不裝有碩大笨重的電池，隨隨便便也有500公斤。
鋰離子電池的負(fù)極一般都是石墨，而正極是不同的，生活常見的有4種：鈷酸鋰、三元鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰。它們能量密度及安全性各不相同，能量密度越高，安全性一般越低。
你猜，電動(dòng)自行車常用的是哪種呢？ 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，鋰離子電池電動(dòng)自行車中，50%以上用的是錳酸鋰。
海豹采用磷酸鐵鋰（LFP）類的鋰電池（圖6）。而bZ4X和ID.3則搭載使用鎳（Ni）、錳（Mn）、鈷（Co）作為正極材料的三元類（NMC）鋰電池。Model Y使用的是正極材料采用鎳、鈷、鋁（Al）的NCA類鋰電池*。
圖6 從海豹上取出電池的情形
（攝影:加藤康）
* Model Y 的部分車型搭載磷酸鐵鋰電池。
海豹采用磷酸鐵鋰（LFP）類的鋰電池（圖6）。而bZ4X和ID.3則搭載使用鎳（Ni）、錳（Mn）、鈷（Co）作為正極材料的三元類（NMC）鋰電池。Model Y使用的是正極材料采用鎳、鈷、鋁（Al）的NCA類鋰電池*。
圖6 從海豹上取出電池的情形
（攝影:加藤康）
* Model Y 的部分車型搭載磷酸鐵鋰電池。
比亞迪采用了磷酸鐵鋰（LFP）類鋰電池。與作為正極活性物質(zhì)的主要成分使用鎳（Ni）、錳（Mn）、鈷（Co）的三元（NMC）電池相比，磷酸鐵鋰類的能量密度一般更低。預(yù)計(jì)是為了彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)而采用了CTB。
來源 | IT之家
近日，寧德時(shí)代宣布推出“神行超充電池”新品，號(hào)稱是全球首款磷酸鐵鋰 4C 電池。
據(jù)介紹，神行超充電池支持充電 10 分鐘，續(xù)航 400 公里。常溫狀態(tài)下，神行超充電池 10 分鐘可充至 80% SOC。
在液相狀態(tài)下，ORION導(dǎo)體對于鋰金屬負(fù)極和包含磷酸鐵鋰（LFP）或LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2（NMC532）活性材料的多孔正極均具有出色的潤濕特性。因此，ORION SSB可以使用低強(qiáng)度熱處理制造成與兩個(gè)電極具有共形界面。組裝好的ORION SSB在車輛相關(guān)工作溫度（45°C）下以高達(dá)C/2（0.1 mA cm?2）的倍率循環(huán)100次后顯示出82%的容量保持率。
而后對8.8 kWh磷酸鐵鋰模組進(jìn)行的過充實(shí)驗(yàn)表明，H2在H2、CO、CO2、HCl、HF、SO2這6種常見氣體中首先被探測到，探測時(shí)間比煙霧提前639 s，比火災(zāi)提前769 s。
2.3 電信號(hào)
電信號(hào)為電池管理系統(tǒng)時(shí)刻監(jiān)測的重要信號(hào)，而對熱失控時(shí)電信號(hào)變化的研究是預(yù)警的關(guān)鍵。Feng等用大型加速量熱儀對大容量鋰離子電池的研究表明，電壓下降和溫度上升之間具有時(shí)間延遲，大約為15 s。
氧化鋯磨介球近年來開始在磷酸鐵鋰、碳纖維、鋰電池用材料、油墨、涂料、精細(xì)陶瓷等材料的粉碎工程領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛使用。氧化鋯微珠作為超細(xì)研磨介質(zhì)是研磨介質(zhì)中的理想產(chǎn)品，能幫助粉體材料實(shí)現(xiàn)幾十納米級(jí)別的研磨、破碎和分散。
LMFP是磷酸鐵鋰和錳的混合物。無鈷電池有望最早2024年、最遲2025年供應(yīng)電動(dòng)汽車。再加上正在開發(fā)的純磷酸鐵鋰（LFP）電池，將擁有豐富的產(chǎn)品陣容。
SK On之所以嘗試研發(fā)無鈷電池，是出于電動(dòng)車企業(yè)的訴求。這是因?yàn)殡妱?dòng)汽車制造商正在減少鈷本身。考慮到人權(quán)和環(huán)境，建議禁止使用錫、鉭、鎢和金等沖突礦物以及鈷等主要責(zé)任礦物。
還有就是降低成本的目的。這是因?yàn)槭褂缅i而不是較少的鈷。
