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三元锂离子电池PK磷酸铁锂离子电池 拆解市场谁更具优势

2021-05-18 16:50:42 兰州广通新能源 5

新能源汽车动力蓄电池正在进入规模化退役期,按照《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》对动力蓄电池的含义,动力蓄电池包括锂离子动力蓄电池、金属氢化物/镍动力蓄电池等。锂离子动力蓄电池通常简称为锂离子电池,锂离子电池是新能源汽车动力锂电池的重要品类,市场占有量也是最大的。新能源汽车市场上,锂离子电池常见的是磷酸铁锂离子电池和三元锂离子电池。再生龙今天为您盘点一下,这两类电池的重要特点、各自的优劣势以及回收拆解的市场空间。


用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。其特色是不含钴等贵重元素,原料价格低,磷、铁的资源含量丰富。其工作电压适中(3.2V)、单位重量下电容量大(170mAh/g)、高放电功率、可快速充电且循环寿命长,在高温与高热环境下的稳定性高。


①磷酸铁锂离子电池的特点在于安全性高,高倍率充放电特性和较长的循环寿命。文献显示,在充电条件为1C倍率充电至3.65V,然后转恒压至电流下降到0.02C,之后以1C倍率放电至截止电压2.0V,循环1600次之后电池容量仍有初始容量的80%。


②磷酸铁锂离子电池拥有良好的快充特性,3C倍率充电条件下,15分钟可以充电55%,30分钟充个电容量超过95%。


③除了寿命长,充放电性能优秀之外,磷酸铁锂离子电池最大的优点是其安全性好,磷酸铁锂的化学性质稳定,高温稳定性好,700-800℃才会开始发生分解,且在面对撞击、针刺、短路等情况时不会释出氧分子,不会出现剧烈的燃烧,安全性能高。


④磷酸铁锂离子电池的缺点在于其性能受温度影响大,尤其是低温环境下,放电能力和容量均会大幅度降低。此外,磷酸铁锂的能量密度较低,仅算电池的重量能量密度只有120Wh/kg。


三元锂离子电池即三元聚合物锂离子电池,正极材料使用镍钴锰酸锂三元正极材料的锂离子电池,即含有镍、钴、锰三种元素的过渡金属嵌锂氧化物符合材料正极的锂离子电池。这种材料综合了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂三种材料的优点,形成了三种材料三相的共熔体系,由于三元协同效应其综合性能优于任一单组合化合物,重量能量密度能够达到200Wh/kg。


①与磷酸铁锂不同,三元锂离子电池电压平台很高,这也就意味着在相同的体积或是重量下,三元锂离子电池的比能量、比功率更大。除此之外,在大倍率充电和耐低温性能等方面,三元锂离子电池有很大的优势。北方冬季的温度区间更适合低温性能更佳的三元锂离子电池,而重视耐高温性能的磷酸铁锂离子电池在北方的冬季会显得有些乏力。


②三元锂离子电池的安全性相对略差。三元锂离子电池热稳定性较差,250-300℃就会发生分解,遇到电池中可燃的电解液、碳材料后一点就着,出现的热量进一步加剧正极分解,在极短的时间内就会爆燃。车祸中,外力撞击会损坏电池隔膜,进而导致短路,而短路时发出的热量会造成电池热失控,并迅速将温度升至300℃以上,存在自燃风险。因此,关于三元锂离子电池而言,其电池管理系统、散热系统就至关重要。


为了提高产品的安全性,使用具有较强耐热性的材料,采用泄压阀控制电池内的压力、主动控制电池的电流,并且实时监测电池充电状态,能够强制切断电流回路提高安全性。这些都是可行的提高三元锂离子电池安全性的措施。


据高工产业研究院(GGII)数据显示,2017年,国内动力锂电池装机量约为36.39GWh,同比上升超过20%。锂离子电池技术路线已在去年发生巨大变化,三元动力锂电池在市场份额中的占比超过44%,较2016年上升了一倍。


宁德时代、比亚迪、国轩高科等磷酸铁锂离子电池公司均已开始扩大三元电池产量。去年八月,国轩高科通告称,其子公司将与我国冶金科工集团有限公司、比亚迪、唐山曹妃甸发展投资集团有限公司联手布局三元正极材料,新成立的合资公司注册金额为9.37亿元。此外,比亚迪今年预计将在青海扩充10GWh的三元电池产量。


随着电池包结构开发技术的提升,目前磷酸铁锂成组能量密度已经达到三元NCM523的水平,并且仍在不断提升。目前,国轩高科已完成磷酸铁锂单体能量密度180Wh/k线升级改造,在乘用车上系统能量密度接近130Wh/kg,可以满足400公里左右的续航里程。国轩高科计划2019年将磷酸铁锂单体电芯能量密度提升至接近200Wh/kg。


相比三元锂离子电池,原材料价格低、安全性高、使用寿命长的磷酸铁锂离子电池明显更具优势,许多电池厂商也对磷酸铁锂更大的规模市场充满信心。合纵科技在业绩说明会中表示:公司磷酸铁锂要继续扩大产量。比亚迪锂电事业部也曾公开表达了相信磷酸铁锂离子电池在某一个局部强势回归的观点。分析指出,真正市场化以后,磷酸铁锂低成本、长寿命、高安全性的优势在乘用车、商用车和专用车领域的优势就会逐渐显现。


有报道指出,目前回收拆解市场相对分散,且在当前退役的电池中,三元锂离子电池占比相对较低,但由于镍、钴等贵金属仍是上游产业的稀缺资源,因此三元锂离子电池的拆解具有很大潜力。分析指出,三元锂离子电池的回收拆解收益因近年贵金属价格高涨而受益。考虑到三元电池回收公司在拆解贵金属后以硫酸盐的形态再销售给下游公司,销售价格应该低于纯金属形态的市场价格,假设按市价70%的比率折价销售,则三元电池的拆解收益为34000元/吨,2023年三元电池拆解市场的预期规模可达54.1亿元,未来5年年均复合上升率可达61.9%。


目前回收工艺重要分为干法、湿法和生物回收等三种。其中,湿法为目前的重要工艺。湿法回收磷酸铁锂离子电池的成本为8500元/吨左右,贵金属再生材料收益为8100元左右,因此拆解亏损约400元/吨。假设使用PACK+BMS技术进行梯次利用,PACK成本大约在0.3元/Wh,BMS成本在0.1元/Wh,废旧磷酸铁锂离子电池回收成本在0.05元/Wh,磷酸铁锂离子电池梯次利用成本合计约为0.45元/Wh,梯次利用的收益为0.6元/Wh。假设磷酸铁锂离子电池的能量密度为110Wh/kg,回收废旧电池的能量衰减至70%,那么到2023年,梯次利用的收益空间有望超过50亿元。