鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：894次 | 2021年04月06日
三元鋰離子電池和磷酸鐵鋰離子電池 拆解市場誰更具優(yōu)勢呢？
新能源汽車動(dòng)力蓄電池正在進(jìn)入規(guī)模化退役期，按照《新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收利用管理暫行辦法》對(duì)動(dòng)力蓄電池的含義，動(dòng)力蓄電池包括鋰離子動(dòng)力蓄電池、金屬氫化物/鎳動(dòng)力蓄電池等。鋰離子動(dòng)力蓄電池通常簡稱為鋰離子電池，鋰離子電池是新能源汽車動(dòng)力鋰電池的重要品類，市場占有量也是最大的。新能源汽車市場上，鋰離子電池常見的是磷酸鐵鋰離子電池和三元鋰離子電池。再生龍今天為您盤點(diǎn)一下，這兩類電池的重要特點(diǎn)、各自的優(yōu)劣勢以及回收拆解的市場空間。
磷酸鐵鋰離子電池：循環(huán)壽命長安全性好
用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。其特色是不含鈷等貴重元素，原料價(jià)格低，磷、鐵的資源含量豐富。其工作電壓適中（3.2V）、單位重量下電容量大（170mAh/g）、高放電功率、可快速充電且循環(huán)壽命長，在高溫與高熱環(huán)境下的穩(wěn)定性高。
①磷酸鐵鋰離子電池的特點(diǎn)在于安全性高，高倍率充放電特性和較長的循環(huán)壽命。文獻(xiàn)顯示，在充電條件為1C倍率充電至3.65V，然后轉(zhuǎn)恒壓至電流下降到0.02C，之后以1C倍率放電至截止電壓2.0V，循環(huán)1600次之后電池容量仍有初始容量的80%。
②磷酸鐵鋰離子電池?fù)碛辛己玫目斐涮匦裕?C倍率充電條件下，15分鐘可以充電55%，30分鐘充個(gè)電容量超過95%。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
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%
③除了壽命長，充放電性能優(yōu)秀之外，磷酸鐵鋰離子電池最大的優(yōu)點(diǎn)是其安全性好，磷酸鐵鋰的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，高溫穩(wěn)定性好，700-800℃才會(huì)開始發(fā)生分解，且在面對(duì)撞擊、針刺、短路等情況時(shí)不會(huì)釋出氧分子，不會(huì)出現(xiàn)劇烈的燃燒，安全性能高。
④磷酸鐵鋰離子電池的缺點(diǎn)在于其性能受溫度影響大，尤其是低溫環(huán)境下，放電能力和容量均會(huì)大幅度降低。此外，磷酸鐵鋰的能量密度較低，僅算電池的重量能量密度只有120Wh/kg。
三元鋰離子電池：耐低溫能量密度大
三元鋰離子電池即三元聚合物鋰離子電池，正極材料使用鎳鈷錳酸鋰三元正極材料的鋰離子電池，即含有鎳、鈷、錳三種元素的過渡金屬嵌鋰氧化物符合材料正極的鋰離子電池。這種材料綜合了鈷酸鋰、鎳酸鋰和錳酸鋰三種材料的優(yōu)點(diǎn)，形成了三種材料三相的共熔體系，由于三元協(xié)同效應(yīng)其綜合性能優(yōu)于任一單組合化合物，重量能量密度能夠達(dá)到200Wh/kg。
①與磷酸鐵鋰不同，三元鋰離子電池電壓平臺(tái)很高，這也就意味著在相同的體積或是重量下，三元鋰離子電池的比能量、比功率更大。除此之外，在大倍率充電和耐低溫性能等方面，三元鋰離子電池有很大的優(yōu)勢。北方冬季的溫度區(qū)間更適合低溫性能更佳的三元鋰離子電池，而重視耐高溫性能的磷酸鐵鋰離子電池在北方的冬季會(huì)顯得有些乏力。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
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：勘探測繪、無人設(shè)備
②三元鋰離子電池的安全性相對(duì)略差。三元鋰離子電池?zé)岱€(wěn)定性較差，250-300℃就會(huì)發(fā)生分解，遇到電池中可燃的電解液、碳材料后一點(diǎn)就著，出現(xiàn)的熱量進(jìn)一步加劇正極分解，在極短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)爆燃。車禍中，外力撞擊會(huì)損壞電池隔膜，進(jìn)而導(dǎo)致短路，而短路時(shí)發(fā)出的熱量會(huì)造成電池?zé)崾Э?，并迅速將溫度升?00℃以上，存在自燃風(fēng)險(xiǎn)。因此，關(guān)于三元鋰離子電池而言，其電池管理系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)就至關(guān)重要。
為了提高產(chǎn)品的安全性，使用具有較強(qiáng)耐熱性的材料，采用泄壓閥控制電池內(nèi)的壓力、主動(dòng)控制電池的電流，并且實(shí)時(shí)監(jiān)測電池充電狀態(tài)，能夠強(qiáng)制切斷電流回路提高安全性。這些都是可行的提高三元鋰離子電池安全性的措施。
綜合比較：磷酸鐵鋰離子電池更勝一籌
據(jù)高工產(chǎn)業(yè)研究院（GGII）數(shù)據(jù)顯示，2017年，國內(nèi)動(dòng)力鋰電池裝機(jī)量約為36.39GWh，同比上升超過20%。鋰離子電池技術(shù)路線已在去年發(fā)生巨大變化，三元?jiǎng)恿︿囯姵卦谑袌龇蓊~中的占比超過44%，較2016年上升了一倍。
寧德時(shí)代、比亞迪、國軒高科等磷酸鐵鋰離子電池公司均已開始擴(kuò)大三元電池產(chǎn)量。去年八月，國軒高科通告稱，其子公司將與我國冶金科工集團(tuán)有限公司、比亞迪、唐山曹妃甸發(fā)展投資集團(tuán)有限公司聯(lián)手布局三元正極材料，新成立的合資公司注冊金額為9.37億元。此外，比亞迪今年預(yù)計(jì)將在青海擴(kuò)充10GWh的三元電池產(chǎn)量。
隨著電池包結(jié)構(gòu)開發(fā)技術(shù)的提升，目前磷酸鐵鋰成組能量密度已經(jīng)達(dá)到三元NCM523的水平，并且仍在不斷提升。目前，國軒高科已完成磷酸鐵鋰單體能量密度180Wh/kg產(chǎn)線升級(jí)改造，在乘用車上系統(tǒng)能量密度接近130Wh/kg，可以滿足400公里左右的續(xù)航里程。國軒高科計(jì)劃2019年將磷酸鐵鋰單體電芯能量密度提升至接近200Wh/kg。
相比三元鋰離子電池，原材料價(jià)格低、安全性高、使用壽命長的磷酸鐵鋰離子電池明顯更具優(yōu)勢，許多電池廠商也對(duì)磷酸鐵鋰更大的規(guī)模市場充滿信心。合縱科技在業(yè)績說明會(huì)中表示：公司磷酸鐵鋰要繼續(xù)擴(kuò)大產(chǎn)量。比亞迪鋰電事業(yè)部也曾公開表達(dá)了相信磷酸鐵鋰離子電池在某一個(gè)局部強(qiáng)勢回歸的觀點(diǎn)。分析指出，真正市場化以后，磷酸鐵鋰低成本、長壽命、高安全性的優(yōu)勢在乘用車、商用車和專用車領(lǐng)域的優(yōu)勢就會(huì)逐漸顯現(xiàn)。
有報(bào)道指出，目前回收拆解市場相對(duì)分散，且在當(dāng)前退役的電池中，三元鋰離子電池占比相對(duì)較低，但由于鎳、鈷等貴金屬仍是上游產(chǎn)業(yè)的稀缺資源，因此三元鋰離子電池的拆解具有很大潛力。分析指出，三元鋰離子電池的回收拆解收益因近年貴金屬價(jià)格高漲而受益。考慮到三元電池回收公司在拆解貴金屬后以硫酸鹽的形態(tài)再銷售給下游公司，銷售價(jià)格應(yīng)該低于純金屬形態(tài)的市場價(jià)格，假設(shè)按市價(jià)70%的比率折價(jià)銷售，則三元電池的拆解收益為34000元/噸，2023年三元電池拆解市場的預(yù)期規(guī)?？蛇_(dá)54.1億元，未來5年年均復(fù)合上升率可達(dá)61.9%。
目前回收工藝重要分為干法、濕法和生物回收等三種。其中，濕法為目前的重要工藝。濕法回收磷酸鐵鋰離子電池的成本為8500元/噸左右，貴金屬再生材料收益為8100元左右，因此拆解虧損約400元/噸。假設(shè)使用PACK+BMS技術(shù)進(jìn)行梯次利用，PACK成本大約在0.3元/Wh，BMS成本在0.1元/Wh，廢舊磷酸鐵鋰離子電池回收成本在0.05元/Wh，磷酸鐵鋰離子電池梯次利用成本合計(jì)約為0.45元/Wh，梯次利用的收益為0.6元/Wh。假設(shè)磷酸鐵鋰離子電池的能量密度為110Wh/kg，回收廢舊電池的能量衰減至70%，那么到2023年，梯次利用的收益空間有望超過50億元。而此次華為中央研究院瓦特實(shí)驗(yàn)室在石墨烯基高溫鋰離子電池技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了突破。據(jù)華為瓦特實(shí)驗(yàn)室首席科學(xué)家李陽興博士透露，突破重要來自三個(gè)方面：在電解液中加入特殊添加劑，除去痕量水，防止電解液的高溫分解；電池正極選用改性的大單晶三元材料，提高材料的熱穩(wěn)定性；同時(shí)，采用新型材料石墨烯，可實(shí)現(xiàn)鋰離子電池與環(huán)境間的高效散熱。
高溫環(huán)境下的充放電測試表明，同等工作參數(shù)下，該石墨烯基高溫鋰離子電池的溫升比普通鋰離子電池降低5℃；60C高溫循環(huán)2000次，容量保持率仍超過70%；60℃高溫存儲(chǔ)200天，容量損失小于13%，李陽興博士表示。
這一研究成果將給通信基站的儲(chǔ)能業(yè)務(wù)帶來革新。在炎熱地區(qū)使用該高溫鋰離子電池的外掛基站工作壽命可達(dá)4年以上。石墨烯基鋰離子電池也將助力電動(dòng)汽車在高溫環(huán)境下持久續(xù)航，以及無人機(jī)高溫發(fā)熱下的安全飛行。
