磷酸铁锰锂+石墨烯将如何?比亚迪新电池材料的非主流评论

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【第一电动网】(专栏作家 老张)最近,比亚迪磷酸铁锰锂的技术被津津乐道。国家知识产权局的专利查询系统中,还能查到一个比亚迪公司注册的专利,将磷酸铁锰锂与石墨烯双剑合璧,看起来颇为厉害。一向后知后觉的笔者,还在网上百度了一下相关的文章。找到了一篇转载率很高的文章,题目笔者就不说了,其中有这么一句话:“据悉,比亚迪研发的新磷酸铁锰锂电池技术可以将电池组容量由原先的90WH/Kg提升至150WH/Kg,其能量密度水平已经达到三元材料的密度。”

看到这句话时,不禁感叹,电池组容量这个词用的太妙了,让人挑不出毛病了。为什么这么说呢,笔者无聊之际,做了一组简单的计算:

磷酸铁锂理论比容量170mAh/g,放电平台3.4V,材料能量密度是578Wh/kg;磷酸锰锂理论比容量为171mAh/g,放电平台4.1V,材料能量密度是701Wh/kg,比前者高21%。从容量上看,两种材料的容量基本类似,差别只是后者有更高的放电电压平台,照此来看,电池的能量密度应该能有20%的提高。当前比亚迪的磷酸铁锂电池的能量密度约是130Wh/kg,那么磷酸铁锰锂的电池理所当然的能达到156Wh/kg,谦虚点说,确实能到150Wh/kg。

比亚迪磷酸铁锂电池

磷酸铁锂电池

那么90Wh/kg的出处呢,笔者看有人评论说这是比亚迪以前的产品参数。乍一看,笔者也这么觉得。但是推敲之后,觉得有点不对劲。除了特斯拉直接使用18650电池以外,一般电动汽车的电池都是将电池成组使用的,也就是常说的Pack。那么按照当前的产品规格,电芯能量密度在130Wh/kg的话,成组后90Wh/kg的能力密度还是靠谱的。因此笔者认为,这90Wh/kg指的是当下比亚迪电池组的能量密度,而后面的150Wh/kg指的是比亚迪新材料电芯的能量密度,只是后面定语省略了。这样的文字游戏之下,让人有能量密度提升了60%的错觉,也会让人感觉使用了新的电芯,续航里程可能有翻倍的增加……

这让笔者联想起2007年比亚迪“铁电池”问世时的情景,旧事不提,虽然技术的包装是可以的,但是偷换概念的炒作就有点让人不大舒服。

尽管如此,比亚迪近些年在知识产权的建树还是值得肯定的。专利数也是国内电池企业中的佼佼者。对国外企业的起诉,敢于应诉甚至胜诉,也让比亚迪在业内名噪一时。以这个新型磷酸铁锰锂的电池技术来说,目前正处于公示阶段,相信很快就能得到授权。这个技术如何,笔者不好妄断。但是笔者还是想以自身粗浅的认识,对这个新材料做一些思考。

首先,笔者想先要弄明白专利是什么?专利就是一个Idea,一个具有新颖性、创造性的、实用性的技术方案。而以笔者的经验,配方形式的方案,似乎更容易形成专利。按笔者的平时的一句笑谈:“大部分专利和产品之间关系很密切,距离很遥远。”保守的讲,一个Idea,在实验室实施成功,就完全可以去申请专利。因此,专利很重要,它代表着方向。目前这个技术处于实验室阶段、中试放大阶段、试生产阶段还是批量生产阶段,除了比亚迪自己,别人无从得知。希望相关产品尽快上市,也让人们一探究竟吧。

其次,在比亚迪的专利里,已经被“妖魔化”的石墨烯又出现了。似乎加入了石墨烯,电池的各项指标都会提升。笔者说说自己对这种材料的理解。通俗的说,石墨烯作为一种新型的二维材料,其特点是有较大的比表面积。这就意味着,使用这种材料后,发生电化学反应的区域增加了,换言之,可以同时有更多的电解质发生电化学反应,此时从电池表观上看,就是电池能使用更大的电流充放电。也就是电池的功率特性增加了。所以很多使用石墨烯材料的超级电池的报道,最大特点是快速充放电。由于石墨烯比表面积大,相对的,其密度较其他材料也偏低些,我们知道电池的能量密度与材料的压实密度有很大的关系。因此使用石墨烯后,电池的能量密度不仅很难提升,在使用量较大的情况下,其能量密度可能还会有所下降。当然,笔者相信,肯定有技术手段去权衡功率和能量的矛盾,但是从原理来看,石墨烯不是万能的,除了他自身有很多问题需要解决以外,它的使用效果,也是一把双刃剑。

再次,这种新材料应该可以对电池性能有所提升。以目前笔者掌握的资料来看,最乐观的估计,可能能量密度可以提升20%左右。进步是必须值得肯定的,但是与市场的要求还是有一定距离的。其实笔者觉得更应该关注的是,加入锰以后,产品的成本是否上升,一致性是否可以保证,循环寿命是否有影响这一类现实的问题,相比那点能量密度而言,可能更为重要。好的材料,要让用户充分体验后,才会觉得好,但是如果因为成本和安全问题,连用的人都没有,这个“好”的意义何在呢?这就如同一场足球赛,你如果想射门,前提你要先拿到上场的资格才可以。

最后,笔者想谈谈自己对电池的理解。电极材料对电池来说,非常重要。可以说是电池的心脏。但是不是说光有一个好心脏,就可以解决所有的问题呢?想来答案肯定是否定的。电池虽小,五脏俱全。电极材料仅仅是电池的关键材料之一。同时,好的配方,也要有好的工艺去实现。就算单体好了,串并联之后的性能又如何呢?成组的性能很大程度不是单体本身来决定的,而是单体的一致性来决定的。

一天,和一个同事闲聊这个磷酸铁锰锂的前景时,笔者笑谈:能提升多少呢?别说磷酸铁锰锂,就算把铁都换成锰,变成磷酸锰锂,性能也就那样了吧!可能这么说非常武断,但是这种复合材料最好的效果是弥补单一材料的致命缺陷,而很难放大单一材料的优势。

回到文章的原点,“比亚迪研发的新磷酸铁锰锂电池技术可以将电池组容量由原先的90WH/Kg提升至150WH/Kg,其能量密度水平已经达到三元材料的密度。”三元材料之所以成为未来的热门,是未来有望在较低的成本下达到钴酸锂的性能。磷酸铁锰锂能达到的也只是目前三元材料的性能指标。笔者突然觉得这是一个很有趣的提法,有点像《射雕英雄传》里的裘千仞,成天说自己天下第一,但是“五绝”何时把他当回事过?比较者是现实,被比较者则是未来的方向。笔者YY一下,也许这句对比,也是比亚迪默许了三元材料在未来更有希望吧。也许有朝一日,比亚迪也会发布自己的三元材料吧。

以上,就是笔者对这个技术拙劣的思考,与大家分享。

作者:老张

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