磷酸铁锂(LFP)电池是一种以LFP材料为正极的锂离子电池。由于具有成本低、安全性能高、循环次数多,以及寿命长等优点,其迅速成为锂离子电池领域的最佳选择,后来随着新能源车对能量密度要求的提高,其市场优势地位被取代。但随着2020年上半年比亚迪推出“刀片电池”,以及工信部公布Modle 3搭载LFP电池的信息,LFP电池再次引发关注。加之其在5G通信基站备用电池领域的潜在需求空间,LFP电池需求前景乐观,其产业链上相关化工新材料市场或迎来新一轮爆发。
LFP电池优势凸显
锂离子电池性能由正极材料性能决定,锂电池的正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和镍钴锰三元材料。从成本来看,三元材料需要贵金属,价格较高,而磷酸铁锂价格相对稳定。不同正极材料性能对比详见表1。外资公司一般采用三元材料作为电池正极,中国企业一般采用磷酸铁锂作为电池正极。磷酸铁锂电池产业链详见图1。
作为锂电池的一种,LFP电池具有成本低、循环寿命长(最高可循环6000次)、热稳定好,以及适用温度广的优点。因此,LFP电池被广泛应用于商用车、储能和基站备用电源等领域。
补贴新政限制应用
当前,LFP电池能量密度和功率密度低的缺点限制了其在乘用车领域的使用。由于能量密度低和补贴滑坡,中国市场LFP电池装机量占比下滑。
随着新能源乘用车蓬勃发展和对于长里程的需求,乘用车市场份额开始逐步向三元锂电池转移。LFP电池能量密度低于三元锂电池,商用车使用铁锂尚可;作为对空间要求极高的乘用车,三元锂电池成为其需求主导电池。另外,随着商用车的普及率提升,后续需求已然有限,LFP电池的市场空间也相应受到限制;而乘用车基数较大,发展潜力更足,三元电池进入黄金发展期。
2017年新能源汽车补贴政策按照锂离子电池能量密度执行,加大了对高能量密度锂离子电池的支持力度。能量密度为90~120Wh/kg时补贴系数为1,能量密度高于120Wh/kg才能有补贴溢价。圆柱形LFP电池能量密度在100Wh/kg附近徘徊,方形铝壳电池要达到120Wh/kg同样也较为艰难,因此当时LFP电池受到巨大冲击。而三元锂离子电池电池凭借高能量密度优势快速崛起,强势改变动力电池市场格局。
2018—2019年发布的新能源汽车补贴政策对补贴办法进行了调整,补贴门槛进一步提高,能量密度高于160Wh/kg时补贴系数为1。
新机遇显露,前景可期
2020年上半年,比亚迪公司推出“刀片电池”,大大提高了LFP电池系统能量密度;工信部发布的新车目录披露了LFP电池版Model 3的详细信息,使LFP电池再次回到公众视野。
2016—2020年,LFP电池装机量的年均复合增长率为2.6%。2020年磷酸铁锂动力电池装机量达到22.4GWh,同比增加7.7%,占总装机量的35.4%;2016—2020年三元电池装机量的年均复合增长率为54.7%(详见图2)。2020年三元动力电池装机量为38.9GWh,同比减少4.0%,占总装机量的61.5%;其他电池类型装机量2.0GWh,合计占比3.1%。
中国5G通信基站建设和原有通信基站备用电池的更换将新增超200GWh LFP电池装机量,LFP电池将迎来飞速发展。
铅酸电池在通信行业应用近25年,对机房环境、后期维护等有很高的要求。LFP电池与传统的铅酸电池相比,具有能量密度高、安全性强、高温性能好、高功率输出、长循环寿命和环保等优点。2018年中国铁塔公司下发《关于停止铅酸电池采购和置换的通知》,要求停止采购铅酸电池,新增和替换电池采用车载梯次利用或全新磷酸铁锂电池。
中国铁塔全国共计有180万座铁塔,其备用电池几乎全部为铅酸电池,总容量超过44GWh。中国铁塔备用电池存量替换周期为6年,预计2024年之后,铅酸电池将彻底告别通信基站备用电源配套,磷酸铁锂将成为基站备用电源主力。
以4G基站为参考,5G基站通信频段更高,覆盖范围更小,因此需要的5G基站数量更多。预计到2025年,5G基站数量将部署760万个。2020—2025年中国5G基站建设数量见图3。按照5G单站满载功率接近3800W,考虑机房其他设备的能耗,5G基站能耗将达到5300W,以应急时常4h来计算,2025年至少存在161GW·h LFP电池的容纳空间。
随着锂电池成本持续下降,LFP电池有望在大储能领域彻底打开配套空间,广泛应用在各行各业,在发电侧、输配电侧和用电侧发挥平滑发电输电、削峰填谷、调峰调频、峰谷套利等强大作用。可以预见,未来LFP电池将迎来更大的发展空间。
郭士成 中国化工信息中心咨询事业部咨询师。毕业于北京化工大学,化学工程与技术研究生,拥有3年行业从业经验。专长领域包括聚乙烯、聚氨酯、间苯二胺等产品。曾在《苯基单体和苯基硅树脂中国&全球市场研究及收/并购分析》《新形势下化工行业“走出去”重大问题》《间苯二胺中国&全球市场研究》《中国发泡材料市场研究》《石化下游产品市场研究》等10个咨询项目中担任咨询师角色。