磷酸鐵鋰電池，是指用磷酸鐵鋰（LiFePO4）作為正極材料的鋰離子電池。
它還有個(gè)更長(zhǎng)的名字，叫磷酸鐵鋰鋰離子電池，這名字是由它的充放電過(guò)程而得來(lái)的。
磷酸鐵鋰電池充電時(shí)，正極中的鋰離子通過(guò)聚合物隔膜向石墨負(fù)極遷移；放電時(shí)則相反，鋰離子從負(fù)極通過(guò)隔膜遷移到正極。
由于磷酸鐵鋰電池的性能特別適用于動(dòng)力方面的應(yīng)用，且經(jīng)國(guó)際認(rèn)證屬于無(wú)毒無(wú)污染的綠色環(huán)保電池，所以受到廣泛看好，在動(dòng)力型鋰離子電池領(lǐng)域大顯身手。
隨著雙碳政策上升到戰(zhàn)略高度，磷酸鐵鋰電池在儲(chǔ)能端也迎來(lái)了高增長(zhǎng)。
根據(jù)高工鋰電數(shù)據(jù)，2021年全球儲(chǔ)能鋰電池出貨量70GWh，增長(zhǎng)159％，磷酸鐵鋰路線占比超50％。2021年中國(guó)儲(chǔ)能鋰電池出貨量48GWh，磷酸鐵鋰路線占比約98.5％。
本文將從以下三部分，闡述磷酸鐵鋰電池波瀾起伏的發(fā)展歷程，拆解其商業(yè)化進(jìn)程與市場(chǎng)格局，并分析其在儲(chǔ)能終端的應(yīng)用：
一、歷經(jīng)沉浮，涅槃歸來(lái)
二、商業(yè)化棋局
三、打開(kāi)新天地
歷經(jīng)沉浮，涅槃歸來(lái)
性能、安全性與成本，是動(dòng)力電池行業(yè)的“不可能三角”。優(yōu)越的電池性能、較高的安全性與低廉的成本，三者難以兼得。
這種“三角關(guān)系”，貫穿鋰電池的發(fā)展歷程，也讓磷酸鐵鋰電池的發(fā)家之路有著些許的坎坷。
鋰電池根據(jù)正極材料的不同，主要分為鈷酸鋰(LCO)、錳酸鋰(LMO)、磷酸鐵鋰(LFP)、三元材料鎳鈷錳酸鋰(NCM)和鎳鈷鋁酸鋰(NCA)等。
其中鈷酸鋰和錳酸鋰電池分別受到了成本和性能的制約，而鎳鈷錳三元電池則將鈷酸鋰、鎳酸鋰和錳酸鋰材料協(xié)同起來(lái)，憑借更高的能量密度和更長(zhǎng)的續(xù)航里程脫穎而出，成為了“性能派”的代表。
相反，磷酸鐵鋰電池能量密度相對(duì)較低，低溫續(xù)航較差，但具備成本低、安全性高、循環(huán)壽命更長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)，成為了“性?xún)r(jià)比派”的代表。
兩派相爭(zhēng)，中國(guó)鋰電行業(yè)長(zhǎng)達(dá)十多年的拉鋸戰(zhàn)展開(kāi)帷幕。
2009年起，國(guó)家采取補(bǔ)貼政策推動(dòng)整個(gè)行業(yè)發(fā)展，磷酸鐵鋰電池與三元電池的出貨量都得到了大幅提高。
2016年開(kāi)始，隨著中國(guó)新能源汽車(chē)發(fā)展進(jìn)入戰(zhàn)略階段，電池系統(tǒng)能量密度這一參數(shù)，在新能源車(chē)補(bǔ)貼考核標(biāo)準(zhǔn)中的要求不斷提高，高能量密度、長(zhǎng)續(xù)航里程是補(bǔ)貼的重點(diǎn)。這就將市場(chǎng)引向了先天性能更好的三元電池。
到了2019年6月，中國(guó)三元電池裝車(chē)量占總裝車(chē)量比例達(dá)到70%以上，占據(jù)著絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，而磷酸鐵鋰電池僅有27%的份額。
然而，三元電池的好景并不長(zhǎng)。2022年8月，中國(guó)磷酸鐵鋰電池裝車(chē)量比例已達(dá)總裝車(chē)量的62%，三元電池的份額則降到了38%。
商業(yè)化棋局
磷酸鐵鋰電池的棋盤(pán)，從礦產(chǎn)資源，到隔膜電解液，再到電池制造，環(huán)環(huán)相扣。
按生產(chǎn)成本來(lái)看，磷酸鐵鋰電池原材料中占比最大的是正極材料（26%），其次是負(fù)極材料（14%）、隔膜（11%）、電解液（10%），最后是銅箔（6%）。
而如果按單GW投資成本強(qiáng)度來(lái)看，則正極材料與銅箔投資強(qiáng)度最大，分別為9000萬(wàn)和5500萬(wàn)，說(shuō)明這兩個(gè)環(huán)節(jié)偏重資產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，產(chǎn)能擴(kuò)張需要較大的資金投入。
磷酸鐵鋰正極材料玩家多為具備鋰礦、磷礦等儲(chǔ)備資源的大型化工企業(yè)，行業(yè)集中度高，但近幾年呈現(xiàn)下降態(tài)勢(shì)；銅箔行業(yè)的壁壘主要在于生箔添加劑配方與設(shè)備調(diào)試，目前行業(yè)格局較為分散。
相比之下，隔膜、電解液與負(fù)極材料則是更加優(yōu)秀的環(huán)節(jié)，其投資強(qiáng)度較低，行業(yè)集中度也更好，能夠在定價(jià)時(shí)擁有更強(qiáng)的話語(yǔ)權(quán)。
正極材料是鋰電池化學(xué)性能，如能量密度和安全性等的決定性因素。
磷酸鐵鋰正極材料的制備成本中，鋰源占比59.4%，疊加鐵源、磷源，原材料成本占比近70%，未來(lái)降本的方向聚焦在減少原材料損耗以及尋求低成本替代礦源。
磷酸鐵鋰的制備工藝主要有固相法和液相法兩種，其中固相法工業(yè)簡(jiǎn)單，適合大規(guī)模量產(chǎn)，為大部分企業(yè)所選擇，而液相法生產(chǎn)的磷酸鐵鋰產(chǎn)品一致性更好、循環(huán)性能更優(yōu)，代表企業(yè)為德方納米。
磷酸鐵鋰正極材料市場(chǎng)格局穩(wěn)定，呈現(xiàn)二強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)局面，兩大巨頭湖南裕能、德方納米占據(jù)了近一半的市場(chǎng)份額，2021年CR2為45.21%。
而從整個(gè)正極材料行業(yè)來(lái)看，磷酸鐵鋰電池需求的快速增長(zhǎng)，也帶動(dòng)了磷酸鐵鋰正極材料成為市場(chǎng)主流。
根據(jù)鑫欏鋰電數(shù)據(jù)，國(guó)內(nèi)正極材料2022年上半年總產(chǎn)量達(dá)72.02萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)54.6%，其中磷酸鐵鋰材料累計(jì)產(chǎn)量為38.47萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)高達(dá)119.1%，占比53%；三元正極材料累計(jì)產(chǎn)量為26.38萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)45.9%，占比37%。
同時(shí)，我國(guó)磷酸鐵鋰和三元正極材料2022上半年的出貨量分別達(dá)到41.1和28萬(wàn)噸，同比上漲136%和48%。出貨量的超級(jí)加倍，也使得湖南裕能和德方納米在2021年一躍成為整個(gè)正極材料行業(yè)的第一名和第二名。
水漲船高，上游原材料與中游電池制造的量?jī)r(jià)齊升，與下游終端應(yīng)用的發(fā)展驅(qū)動(dòng)關(guān)系緊密。在動(dòng)力電池局打了翻身仗之后，磷酸鐵鋰電池又找到了新大陸。
打開(kāi)新天地
碳中和、5G建設(shè)等背景下，儲(chǔ)能領(lǐng)域產(chǎn)生的需求缺口正不斷擴(kuò)大，而鋰電儲(chǔ)能，正是當(dāng)前國(guó)內(nèi)新型儲(chǔ)能領(lǐng)域中，發(fā)展最快的技術(shù)路線。
經(jīng)濟(jì)性與安全性是儲(chǔ)能電池最重要的兩把刷子。
風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)成本高、隨環(huán)境變化性強(qiáng)，要求配套的儲(chǔ)能電池能夠長(zhǎng)久使用、性能穩(wěn)定、環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)、成本低廉。
磷酸鐵鋰儲(chǔ)能電池的循環(huán)壽命遠(yuǎn)高于鉛酸蓄電池和三元電池，可達(dá)2000次以上，并且容量是鉛酸電池的3-4倍。
同時(shí)，磷酸鐵鋰由于其橄欖石狀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，即使在高溫下仍可保持較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，具有遠(yuǎn)超其他正極材料的安全性與穩(wěn)定性，工作溫度范圍很寬。
此外，磷酸鐵鋰電池?zé)o記憶效應(yīng)，可隨充隨用，不需要完全放電后再充電；不含有毒重金屬，綠色環(huán)保；且原材料與后期維護(hù)成本均較低。
在建設(shè)方面，鋰電儲(chǔ)能具有容量配置靈活、站址約束條件少、建設(shè)工期短等特點(diǎn)，能夠快速為電力系統(tǒng)提供調(diào)節(jié)服務(wù)。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022年前三季度，全國(guó)新增投運(yùn)新型儲(chǔ)能項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模963.7兆瓦，同比增加120%，其中磷酸鐵鋰儲(chǔ)能占到絕大多數(shù)。
有關(guān)人士表明，目前磷酸鐵鋰電芯的上游材料處于緊平衡供應(yīng)狀態(tài)，儲(chǔ)能系統(tǒng)每天產(chǎn)線出貨量在十兆瓦時(shí)以上，每天需求的電芯在13000顆以上。
在經(jīng)過(guò)組裝調(diào)試之后，新生產(chǎn)的磷酸鐵鋰儲(chǔ)能設(shè)備大部分會(huì)運(yùn)往風(fēng)電和光伏基地，作為配套的儲(chǔ)能設(shè)施，提升電廠的效率和穩(wěn)定性。
在通信方面，工信部于2020年8月確認(rèn)了磷酸鐵鋰儲(chǔ)能電池在5G基站儲(chǔ)能應(yīng)用領(lǐng)域的主導(dǎo)地位，目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)投運(yùn)的電源側(cè)儲(chǔ)能項(xiàng)目也多采用磷酸鐵鋰電池。
2021 年，我國(guó)5G基站新增65萬(wàn)個(gè)。以一個(gè)5G基站功耗3500W，應(yīng)急4小時(shí)計(jì)算，單個(gè)基站備用電源需要14KWh。2021年5G基站儲(chǔ)能市場(chǎng)能提供9.1GWh磷酸鐵鋰電池的需求空間。
國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能需求以電力儲(chǔ)能和通信儲(chǔ)能為主，而海外的儲(chǔ)能需求，則更多來(lái)自戶(hù)儲(chǔ)。主要原因如下：
一是能源價(jià)格高。今年以來(lái)，歐洲多國(guó)能源價(jià)格和電力價(jià)格持續(xù)上升，高昂的零售電價(jià)與相關(guān)政策補(bǔ)貼，激勵(lì)著當(dāng)?shù)貞?hù)儲(chǔ)市場(chǎng)的發(fā)展；
二是戶(hù)外活動(dòng)參與度高。美國(guó)是最大的戶(hù)外活動(dòng)需求市場(chǎng)，露營(yíng)、房車(chē)、電腦、照明、攝影等戶(hù)外休閑場(chǎng)景，使家用的便攜式儲(chǔ)能設(shè)備需求大幅增長(zhǎng)；
三是應(yīng)急備災(zāi)剛需。便攜式儲(chǔ)能產(chǎn)品在日本常年暢銷(xiāo)，2020年被日本防災(zāi)協(xié)會(huì)列為防災(zāi)安全物資認(rèn)證產(chǎn)品，正在逐步替代傳統(tǒng)燃油機(jī)。
海外儲(chǔ)能需求的爆發(fā)，也為國(guó)內(nèi)鋰電池企業(yè)出海提供了良機(jī)。
海關(guān)數(shù)據(jù)顯示，今年前9個(gè)月，我國(guó)鋰離子蓄電池累計(jì)出口達(dá)349.11億美元，同比增長(zhǎng)83.3%，已經(jīng)超過(guò)2021年全年所有鋰電池出口額。
海外儲(chǔ)能市場(chǎng)成為了國(guó)內(nèi)電力儲(chǔ)能電池企業(yè)創(chuàng)收貢獻(xiàn)最大的市場(chǎng)，以寧德時(shí)代、比亞迪為代表的國(guó)內(nèi)一線儲(chǔ)能電池企業(yè)已經(jīng)在海外系統(tǒng)集成商和業(yè)主群體中打響了名號(hào)。
儲(chǔ)能賽道作為一盤(pán)獨(dú)立的棋局，正在越下越大，而磷酸鐵鋰電池也許正是能夠撬動(dòng)輸贏的關(guān)鍵一子。
尾聲
內(nèi)生動(dòng)力、外部政策、宏觀目標(biāo)等等變量，決定著一種材料、一個(gè)技術(shù)，能否從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)，并笑到最后。
從動(dòng)力電池到儲(chǔ)能領(lǐng)域，磷酸鐵鋰電池憑借著優(yōu)秀的特性、成熟的產(chǎn)業(yè)鏈、廣闊的市場(chǎng)空間，成功渡過(guò)了商業(yè)化的一道道坎，成為了鋰電產(chǎn)業(yè)的主力軍。
不過(guò)磷酸鐵鋰電池也并非十全十美，其性能的缺陷讓市場(chǎng)不斷地尋找研究新的升級(jí)材料，如磷酸錳鐵鋰等。
技術(shù)仍在進(jìn)步，市場(chǎng)瞬息萬(wàn)變。動(dòng)力與儲(chǔ)能領(lǐng)域強(qiáng)有力的發(fā)展脈搏，將使磷酸鐵鋰電池奔向更廣闊的舞臺(tái)。