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电动汽车锂电池:NMC 还是 LFP?

2023-01-21 14:13:44 作者:小夏

在众多商用电池技术中,锂基电池在体积能量密度和重量能量密度的两个主要储能品质方面表现出色。当然,“锂电池”一词实际上涵盖了各种化学和结构安排。与所有电池一样,锂离子电池有两个电极:阳极和阴极。

NMC 与 LFP

在电动汽车(EV) 中,主要的阴极化学物质是锂镍锰钴(LiNi x Mn y Co z O 2 ,​​命名为 NMC)和磷酸铁锂(LiFePO 4或 LFP)。哪种电动汽车电池更好?一般而言,NMC 电池比 LFP 电池具有更高的能量容量,因此对于以续航里程为关键参数的电动汽车来说似乎更受欢迎,但它们也更昂贵。

成本比较

本在很大程度上取决于构成电池的基础商品的价格波动。(请注意,本文中的“商品”并不意味着“广泛、容易获得、价格差异很小”,例如灯泡甚至个人电脑;相反,它指的是一种基本材料,它很少以其原始形式使用,但被用于作为构建块或关键成分。)铁基电池的成本低于北美和欧洲广泛使用的镍钴组合。 

除能量密度数据外,电池的另一个关键品质因数是每存储千瓦时的成本($/kWh)。尽管数字随着商品价格的变化而波动,但粗略估计 LFP 电池的价格在 70 美元/千瓦时左右,比 100 美元/千瓦时的 NMC 电池低 30%。

作为制造价格更实惠的电动汽车努力的一部分,汽车制造商正在转向成本更低的电池类型,但它的续航里程也更短,这在某些地区是一个主要问题,而在其他地区则是一个小得多的问题。几家汽车公司计划在美国越来越多地部署 LFP 电池,它们在全球最大的电动汽车市场中国很普遍。

电动汽车电池市场预测

根据AlixPartners 2022 年全球汽车展望(参考文献 1 ),LFP 电池已占全球电动汽车市场的 17%,代表了大众市场的潜在路径。特斯拉于 2021 年 10 月宣布,它将为其标准续航里程车型(Model 3 和 Model Y)改用 LFP 电池,同时为续航里程更长的车型保留 NMC 电池。Rivian Automotive, Inc. 是一家新兴的小型电动卡车制造商,受到华尔街和其他方面的广泛关注,将在其车辆中使用 LFP 电池。 

对各种电池类型的预测是模糊的,是所有此类预测的典型代表。传统的想法是,“更好”的 NMC 电池将主导电动汽车市场,但这种看法可能有些不正确。ARK Investment Management LLC 的一份报告表明,持续的成本下降、镍供应限制和电动汽车效率的提高应该会推动 LFP 电池的市场份额从 2021 年的大约 33% 增加到 2026 年的约 47%,图和参考文献 2 。

在众多可用的预测中,ARK Investment Management LLC 预计低成本 LFP 电池的市场份额将从 2021 年的约 33% 增长到 2026 年的约 47%。

当然,正如陈词滥调所说,所有这些预测都必须持保留态度。例如,负责全球 EV 电池研究的 UBS Group AG 股票分析师现在预计,到 2030 年,配备 LFP 电池的 EV 将占全球市场的 40%,高于此前预测的 15%(参考文献 3 )。(顺便说一下,这是一个很好的例子,预报员会说,“哦,好吧,别管我们当时说了什么!”) 

如果能量密度和成本是唯一的问题,那么决定在电动汽车甚至非车辆情况下使用哪种电池化学成分将很棘手,但只有几个变量。然而,现实情况却大不相同,因为有许多地缘政治、供应链和其他技术因素使评估复杂化:

  • LFP 电池的供应链高度集中在中国,这使得汽车制造商在该行业试图摆脱对中国电动汽车技术的依赖之际更加依赖中国的电池供应。
  • 汽车制造商正试图限制钴的使用,以应对刚果钴矿开采中的环境和人权侵犯行为。
  • 俄罗斯是用于电池的高级镍的大型供应商。
  • LFP 非常适合车辆经常充电且有空间容纳更大体积电池的情况;送货车辆很合适。
  • LFP 的制造成本较低且更易于生产。
  • LFP 可以充电至 100%,而不会降低电池寿命;相反,NMC 应限制在 80% 以最大限度延长寿命。这意味着使用 LFP 电池的 EV 的实际有效范围接近于使用 NMC 电池的电动汽车,再加上轻便的LFP 电池,也在很大程度上抵消了这一因素。然而,对于重量不那么重要的工具或固定机械等应用,LFP 可以在充满电后提供更长的运行时间。
  • LFP 可以在很宽的温度范围内有效运行,尤其是在低端。另一方面,它们在较低温度下充电速度较慢。
  • LFP 的充电周期几乎是 NMC 的五倍,并且在较高温度和更快的充电/放电速率下性能下降较少,因此它们更适合处理高性能驾驶和快速充电。

毫无疑问:这里有很多交叉流,整个 NMC 与 LFP 的情况是流动和动态的,依赖于许多非工程因素以及纯技术因素。此外,电池定价是由短期商品定价与供应商和客户之间的长期合同相冲突所驱动的。

总结和结论

你如何评估和量化电池技术和市场情况在很大程度上取决于你来自哪里。预测和数字无处不在,部分原因是不同的市场分析出于各种原因使用各种标准和指标。 我想知道的是:考虑到电池组对 EV 性能的不确定性和重要性,也许在不久的将来制造商会列出一个完全没有任何电池的 EV 本身的建议零售价,然后让客户在两个或三个之间进行选择给定车辆的电池化学成分——电池组价格每周或每月更新一次。有一些历史先例:在过去,您可以获得一些带有低端碳锌一次(不可充电)电池组的消费品,或者支付适度的溢价购买更好的碱性电池组。 说到电池,只有一件事我们都可以肯定(显然除了一些政客,他们相信他们可以通过立法来推动电池进步):电池技术不受摩尔定律之类的任何事物的指导,摩尔定律定义了 50 年的半导体技术+年。  您对 LFP 与基于 NMC 的电动汽车甚至非电动汽车应用的电池的中长期可行性有何看法?市场会变得高度分散,还是一种类型会占据主导地位? 

参考:

  • AlixPartners, “2022 Global Automotive Outlook”
  • ARK Investment Management LLC,  “Lithium Iron Phosphate Could Take 47% Of The Battery Market By 2026”
  • The Wall Street Journal. “Auto Makers Shift to Lower-Cost Batteries for Electric Vehicles”
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