日前，特斯拉宣布，对于标准续航版Model 3和Moderl Y，全球范围内都在改用磷酸铁锂电池。刚刚出炉的9月国内动力电池装机数据显示，9月三元电池装车6.14GWh，磷酸铁锂电池共计装车9.54Wh，磷酸铁锂电池连续3个月在装车量方面领先于三元电池。
磷酸铁锂是什么？它和三元电池又有什么区别？
磷酸铁锂属于磷酸盐的一种。在全球碳中和政策的持续推动下，新能源汽车对传统燃油车的替代趋势愈发明显，而受益于新能源汽车产销的高速增长，磷酸铁锂动力电池正在逐步放量。
成本优势推动磷酸铁锂装量逐步提升。磷酸铁锂电池较三元电池而言成本较低，因此面对新能源汽车行业补贴退坡以及下游电池厂降本的压力，磷酸铁锂电池装机量逐步回暖。
磷酸铁锂是什么？它和三元电池又有什么区别？
磷酸铁锂属于磷酸盐的一种。在全球碳中和政策的持续推动下，新能源汽车对传统燃油车的替代趋势愈发明显，而受益于新能源汽车产销的高速增长，磷酸铁锂动力电池正在逐步放量。
成本优势推动磷酸铁锂装量逐步提升。磷酸铁锂电池较三元电池而言成本较低，因此面对新能源汽车行业补贴退坡以及下游电池厂降本的压力，磷酸铁锂电池装机量逐步回暖。
磷酸铁锂电池，是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。其中钴酸锂是目前绝大多数锂离子电池使用的正极材料。
磷酸铁锂电池结构与工作原理
LiFePO4电池的内部结构如图1所示。左边是橄榄石结构的LiFePO4作为电池的正极，由铝箔与电池正极连接，中间是聚合物的隔膜，它把正极与负极隔开，但锂离子Li+可以通过而电子e-不能通过，右边是由碳（石墨）组成的电池负极，由铜箔与电池的负极连接。电池的上下端之间是电池的电解质，电池由金属外壳密闭封装。
图1 LiFePO4电池内部结构
LiFePO4电池在充电时，正极中的锂离子Li+通过聚合物隔膜向负极迁移；在放电过程中，负极中的锂离子Li+通过隔膜向正极迁移。锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回迁移而命名的。
磷酸铁锂电池的特点
高效率输出：标准放电为2～5C、连续高电流放电可达10C，瞬间脉冲放电（10S）可达20C；
高温时性能良好：外部温度65℃时内部温度则高达95℃，电池放电结束时温度可达160℃，电池的结构安全、完好；
即使电池内部或外部受到伤害，电池不燃烧、不爆炸、安全性最好；
极好的循环寿命，经500次循环，其放电容量仍大于95%；
过放电到零伏也无损坏；
可快速充电；
低成本；
无记忆效应：可充电池在经常处于充满不放完的条件下工作，容量会迅速低于额定容量值，这种现象叫做记忆效应。镍氢、镍镉电池存在记忆性，而磷酸铁锂电池无此现象，电池无论处于什么状态，可随充随用，无须先放完再充电。
体积小、重量轻，同等规格容量的磷酸铁锂电池的体积是铅酸电池体积的1/3，重量是铅酸电池的1/3。
对环境无污染，该电池不含任何重金属与稀有金属（镍氢电池需稀有金属），无毒（SGS认证通过），无污染，符合欧洲ROHS规定，为绝对的绿色环保电池。铅酸电池中却存在着大量的铅，在废弃后若处理不当，仍将对环境形成二次污染，而磷酸铁锂材料无论在生产及使用过程中，均无污染。
磷酸铁锂电池组装过程
关于如何手工焊接软包电池组，演示当中采用的是A123软包铁锂，20AH单体电芯。
1、选用合适的电芯，电芯类型，电压，内阻需要匹配，组装前请对电芯做好均衡。
剪切电极并打孔。
2、依据孔计算好距离，裁制绝缘板。
3、上好螺丝，请使用法兰螺母，防止螺帽脱落，上好螺丝连接好，就可以固定住电池组了。
4、连接并焊线，连接电压采集线（均衡线）的时候，不要外接保护板，避免保护板意外烧坏。
5、绝缘硅胶再次固定，这种硅胶时间长了会固化。
6、安放保护板，如果之前忘记做电芯的均衡，这是电池组装前的最后机会了，可以通过均衡线做均衡。
7、再用绝缘板来固定整个电池组，用尼龙胶带封装，尼龙胶带比较耐力，请注意我们一直不使用钢铁材质的外壳，钢铁材质的外壳固然美观坚固，但是电芯结合度很难保障，一些外壳未处理好很可能会划伤电芯造成漏液，甚至因绝缘不好引起事故。
8、再整体封装电芯，请务必固定好电芯和保护板，我们的电芯实测1米高度摔下仍然保证正常工作。
9、最后的封装完成，输出输入均采用硅胶线。整体因为是铁锂电芯，48V 20AH的电池组，电池组单重9公斤，重量是同等酸体电池的一半。
10、教程完成，电池完成后我们做了检测，可以满足我们的要求。
磷酸铁锂电池与三元锂电池的区别
广义上的锂电池包括：锂金属电池和锂离子电池，现在用的最多是锂离子电池。
锂金属电池由锂金属或锂合金为负极材料，使用非水电解质溶液的电池，其工作原理为一种Li+MnO2=LiMnO2的氧化还原反应。
而锂离子电池则常采用锂合金的金属氧化物作为正极材料，采用石墨作为负极材料。
其充电时正极的化学方程式为：
LiCoO2==Li(1-x)CoO2+XLi++Xe-(电子)，
负极的化学方程式为：
6C+XLi++Xe- = LixC6，
充电时电池总反应为：
LiCoO2+6C = Li(1-x)CoO2+LixC6。
锂金属电池由于技术要求高，还未达到商用化的程度，现在处于研发状态。
锂离子电池就应用广泛多了，目前的锂离子正极材料主要有磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂等。
电动汽车的动力电池，有以比亚迪为代表的磷酸铁锂电池，以及特斯拉、小鹏、蔚来等为代表的三元锂电池。
三元锂电池，是锰、钴、镍三种元素以一定摩尔比组合而成的三元复合正极材料，目前市场主流三元材料有111型和523型（以镍钴锰摩尔比例为序）。
一般认为接近1：1：1的比例是兼顾电化学活性而突出稳定性的最佳比例，接近5：2：3的比例则更好的考虑了稳定性能，又突出电化学性能。所以，111型适合于动力产品，而523型适用于电子产品。
特斯拉
磷酸铁锂电池和三元锂电池的优缺点：
磷酸铁锂电池：是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。
优点：不含钴等贵重元素，原料价格低且磷、铁存在于地球的资源含量丰富，不会有供料问题。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。
缺点：振实密度与压实密度很低，导致电池的能量密度较低；材料的制备成本与电池的制造成本较高，电池成品率低，一致性差；
三元锂电池：正极材料使用镍钴锰酸锂（Li（NiCoMn）O2）为正极材料的锂电池。
优点：能量密度高，循环性能好于正常钴酸锂。目前，随着配方的不断改进和结构完善，电池的标称电压已达到3.7V，在容量上已经达到或超过钴酸锂电池水平。
缺点：高温结构不稳定，导致高温安全性差，且pH值过高易使单体胀气，进而引发危险，另外造价较高。
磷酸铁锂产业链深度解析
磷酸铁锂产业链上游：原材料
从磷酸铁锂产业链看，前驱体磷酸铁的制备是生产磷酸铁锂的关键。
磷源的主要来源有两种，一种是使用净化磷酸，另一种是使用工业级磷酸一铵，因磷酸铁生产工艺不同而异。
当前有效供应不足，尤其前驱体磷酸铁偏化工环节，扩产难度较大扩产时间较长，磷酸铁锂企业自给率难以有效提升，预计短期内供需缺口将不断扩大。
磷酸铁锂产业链中游：磷酸铁锂正极材料
正极材料对于锂离子电池性能至关重要。目前常见的正极材料主要有钴酸锂（LCO）、磷酸铁锂（LFP）和三元（NCM）。
磷酸铁锂克容量介于钴酸锂和三元材料中间，能量密度虽低于三元，但结构稳定，循环性能好，安全性能好，是极具性价比的正极材料。
磷酸铁锂的生产通常是将原材料混合制备前驱体后，再二次加工制成磷酸铁锂正极材料。由于不含钴镍等贵重金属，磷酸铁锂价格波动远小于三元材料，利于成本管控。
因工艺技术较为成熟，同质化竞争激烈，另一方面液相合成法的突破带来了成本上的优势，行业集中度较高。
根据SMM数据，截至2020年底，磷酸铁锂的出货量CR5为69%，显著高于三元正极的45.4%。龙头玩家依靠技术优势，形成了较高的壁垒。
2020年底各公司磷酸铁锂正极材料市场份额：
资料来源：SMM，万联证券
磷酸铁锂龙头玩家生产工艺对比
磷酸铁锂龙头玩家生产工艺对比
德方纳米：2017至2019连续三年磷酸铁锂产量第一，实现液相合成法量产，占据成本优势，与优质客户宁德时代高度绑定，目前接近满产状态，未来突破产能瓶颈后，有望成长为磷酸铁锂绝对龙头。在工艺上通过自热蒸发工艺直接制备前驱体，简化了生产的工序。
贝特瑞：是磷酸铁锂正极材料环节的固相法龙头，技术和市场优势明显。是国内较早进入磷酸铁锂正极材料研发、生产的企业，生产工艺成熟，对前驱体细化处理，同时省去干燥环节，提高一致性并缩短制备时间。
北大先行：传统液相法制备磷酸铁锂，优化了烧结工艺。
湖南裕能和安达科技：直接制备成磷酸铁前驱体，工艺相对简单，设备投入成本低。
随着行业需求爆发，叠加碳酸锂价格上行，磷酸铁锂正极材料价格已经于2020年三季度开始触底反弹，产业链呈现“量价齐升”趋势。
磷酸铁锂产业链下游：磷酸铁锂电池等应用
从动力应用领域来看，国内主要乘用车企开始在工信部推荐批次中新增磷酸铁锂动力电池车型。
在2019年第七批中，国内新能源乘用车销量前10的宝骏E100开始新增磷酸铁锂动力电池车型；在中端车型中，比亚迪汉和荣威EI6MAX也出现在2020年第二批目录中，磷酸铁锂车型占比提升，上汽、比亚迪、长安等主要厂商开始部分向磷酸铁锂转变。在以特斯拉Model3和比亚迪汉为代表的明星车型带领下提升趋势有望延续。
从新能源专用车及客车方面来看，其普遍单车带电量大，可用空间较多，对电池的能量密度需求较低，磷酸铁锂电池在新能源专用车及客车中占比基本上稳定在90%以上。
磷酸铁锂电池行业经历沃特玛事件后，集中度大幅提高，形成了以宁德时代、国轩高科、比亚迪为代表的第一梯队。
2020年宁德时代（含时代上汽）在三元锂电池市场份额为45.57%，在磷酸铁锂电池市场份额为58.90%，双双位列第一。
资料来源：动力电池应用分会，
从非动力领域来看，当前磷酸铁锂电池性能和使用成本均低于铅酸电池。当前补贴方案下，磷酸铁锂重获经济优势，考虑补贴后仍可实现显著降本，替代大势所趋。
2020年受5G基站建设加快以及国外家储市场增长带动，储能锂电池出货同比增长超50%，预计未来五年仍处于高速发展期，复合增速68%。预计2025年磷酸铁锂材料总需求量可达210万吨，五年复合增速76%。
磷酸铁锂受新能源汽车补贴退坡的影响，中低端乘用车降本压力增加，性价比成首选因素，三元切换磷酸铁锂趋势确定，大部分车企逐步推出铁锂版本车型实现降本，铁锂渗透率持续提高。受益全球电动化趋势，磷酸铁锂市场空间广阔有望持续维持高景气。
来源：
第一财经
乐晴智库
你的星辰大海2020 https://www.toutiao.com/a7011073226797351431
能源拓荒者 https://www.toutiao.com/a7011479916126405153
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