导读

　　新能源（yuán）汽车退（tuì）补，磷酸铁锂卷土重来，市场份额越发（fā）扩大，上游材料六氟磷（lín）酸锂价格暴涨（zhǎng）。如果没有（yǒu）当初（chū）的补贴政策，现在中国（guó）市场（chǎng）上的格局如（rú）何？比亚迪是否能维持第（dì）一？宁德时（shí）代是否还（hái）有现（xiàn）在的（de）江湖？同（tóng）时磷酸（suān）铁（tiě）锂电（diàn）池已不再是当初的磷酸铁锂（lǐ）电池（chí），顺着技（jì）术进步，从（cóng）磨刀霍霍的刀片到喜气洋洋的L600“6条”，从结构到性能上不断提升；而三元亦非当年的523，已经622、811甚至955了，形态也（yě）从苗（miáo）条（tiáo）的（de）18650到胖乎乎的4680或者（zhě）从（cóng）方头方（fāng）脑的VDA355到MEB590直（zhí）至（zhì）CTP、CTC了。仔细分（fèn）析研究后发（fā）现这些技（jì）术创新（xīn）大致可分两（liǎng）类：1、结构与系统集成（chéng）的创新；2、材料（liào）创新。上一篇我们谈过（guò）结（jié）构（gòu）与系统集成的（de）创新，这里我们专（zhuān）门讲材料的（de）创新发展。

　　动力电池通识

　　在描述材料技术（shù）发展路线之前，我们先说明（míng）一些（xiē）通用知识（shí），以方便非（fēi）本（běn）专业的读者了解（jiě）以及对后（hòu）文表述（shù）的理解。

　　电池（chí）主要（yào）材料为正极（jí）、负极、隔膜、电解液。正极决定了（le）材料体系，日常提到（dào）的磷酸铁锂LFP等均是说正极材料的主（zhǔ）要组（zǔ）成材料，比如国内企（qǐ）业（yè）常见的NCM三元体系是（shì）指镍（niè）（Ni）、钴（Co）、锰（Mn）等金（jīn）属元素的聚合物电（diàn）池，NCM523意味着三种元素的比例关系为50%：20%：30%；负（fù）极（jí）起着能（néng）量的储存与释（shì）放作（zuò）用（yòng），目（mù）前主流（liú）为石墨材料；隔膜保证了锂离子（zǐ）正（zhèng）常（cháng）穿（chuān）梭、不让正负极接触而（ér）短路，同时决定着电池的充放电、循环寿命、倍率（lǜ）等性能；电解（jiě）液是电池（chí）中离子（zǐ）传输的载体，锂电（diàn）池主要（yào）使（shǐ）用（yòng）的电解质有高氯（lǜ）酸锂、六氟磷酸锂等。对（duì）车用动（dòng）力电池来说，主（zhǔ）要发展在于以保（bǎo）障（zhàng）锂（lǐ）电池的安全性（xìng）为前（qián）提，提升能量密度（dù）、低温放电、快充、循环（huán）寿命等（děng）性能指（zhǐ）标。

　　目前一般A级纯电动车带电50kWh左右（yòu），未来（lái）大（dà）部分电动车一定会配备相当（dāng）程度的智（zhì）能（néng）系统，推算纯（chún）电动乘用车Pack电量（liàng）要（yào）求会提升，2025年每辆车搭载75kWh以上，2030年每辆车（chē）搭载（zǎi）75-115kWh。未来汽（qì）车的智能（néng）系统（tǒng）部（bù）分（fèn）还（hái）会提升对电（diàn）量要（yào）求，电池成本又（yòu）要在整车中占比下降至40%以（yǐ）下，也就是说相同的续驶里（lǐ）程（chéng），未来（lái）价格应（yīng）为现有价格的一半左右。正（zhèng）是因为（wéi）这些商业成功（gōng）的因素左右，动力电池技术一直不断在创新，创新将会（huì）伴随始终。市场中（zhōng）的各路玩家，想（xiǎng）要走得更远，享（xiǎng）受新能源汽车市场中诱（yòu）人的份额，成本（běn）控制的功（gōng）课时（shí）刻考验，目前（qián）头部（bù）企业也必须跟上材料体系的创（chuàng）新。仔细研究后（hòu）发现（xiàn）这些年动力电池（chí）除了结构与系统集成（chéng）的创新外，材料主线依（yī）然是（shì）磷酸铁锂VS三元（yuán）锂以及少钴（gǔ）无钴化趋势，其（qí）他钠（nà）电池（chí）、固（gù）态电池等都刚刚从中试走向批（pī）量阶段，商（shāng）业化（huà）成熟还需各自的（de）生（shēng）态（tài）体系建设和市（shì）场验（yàn）证，可以做（zuò）其他专题来（lái）分解。

　　磷酸铁锂电池（chí）VS三（sān）元锂电

　　从（cóng）2009年新（xīn）能源汽（qì）车发展至今，12年（nián）期间，三元（yuán）锂电池和磷酸（suān）铁（tiě）锂电池一直是相爱（ài）相杀。说其相（xiàng）爱是因为两种技术路线一直在（zài）共同（tóng）成长，说其（qí）相杀（shā）是因为两种路线在成（chéng）长过程中是此起彼伏（fú）的（de）关（guān）系。今年来磷酸铁锂电池（chí）一路（lù）攻城陷地，自7月首（shǒu）次交叉之后，磷酸（suān）铁锂（lǐ）与三元锂电池的装机（jī）量剪刀差（chà）就不（bú）断扩大，到2021年10月，我国动力（lì）电池（chí）装机量达到（dào）15.4GWh，其中三（sān）元锂装车7.0GWh，磷（lín）酸铁锂装车8.4GWh，占比分（fèn）别为45.5%和54.5%，而在2020年，磷酸铁锂的占比仅有16.3%。作为动力电池最核心的（de）两条技术路线，三元锂和磷酸（suān）铁锂在中国市场（chǎng）已绞（jiǎo）杀多年（nián），并且（qiě）轮流坐庄。

　　2021年（nián）以来两种动力电池装机量变化（huà）

　　对此有很多人从政策、成本等角（jiǎo）度进行（háng）了分析并（bìng）对未来做出预判。作为（wéi）动力电（diàn）池行业（yè）的实践（jiàn）与研究者，笔者曾经在工（gōng）作经历中使用磷酸（suān）铁锂（lǐ）电（diàn）池大批量（liàng）装车并负责运营，也曾经从公司实际（jì）经营角度果断叫停磷酸铁锂全（quán）面切换（huàn）三（sān）元锂电池主攻乘用车并取得很好业绩。本（běn）文（wén）尝试着从政策、成本、电动（dòng）车（chē）发展趋势、技（jì）术（shù）进步、企（qǐ）业经营等多维度进（jìn）行解读。

　　政（zhèng）策层面：磷（lín）酸铁锂（lǐ）电池自2008年起，就凭借其成（chéng）本相对较低的优势在我国动力（lì）电池市场中占据了（le）主流（liú）地（dì）位，2016全年磷酸铁锂（lǐ）电池（chí）凭借19.98GWh的装机量曾（céng）一（yī）度拿下73%的市场份额。2016年后国家颁布了新能源补（bǔ）贴政策，将（jiāng）能（néng）量密（mì）度纳入（rù）考核，然后才有能量密度更高的（de）三元锂电池强势崛起，在2018年的动力电池装机量上（shàng），三元锂电（diàn）池以58.17%的份（fèn）额首次（cì）实现超越（yuè），而磷酸铁锂该年度占比则（zé）跌落至（zhì）39%。

　　综（zōng）合成本层面：在价格方面（miàn），当下NCM811三元锂电池的（de）未（wèi）税价要0.9-1.0元（yuán）/Wh，而磷酸铁锂电（diàn）池（chí）未税（shuì）价（jià）是0.6-0.7元/Wh。能（néng）量密度方面，三元锂电池是170-200Wh/kg，而磷酸铁锂电池是130-150 Wh/kg，按照“续（xù）航（háng）里程-能量密度-成本”公（gōng）式（shì）计算，在单（dān）车续（xù）航里程相同的情（qíng）况下，磷酸铁锂电池（chí）比三元锂电池有很（hěn）大的（de）经济性优势。在性能方面，两者各有（yǒu）千秋。三元（yuán）锂电池的优势是低温下性能稳定，但循（xún）环寿命（mìng）较短（duǎn），安全（quán）性较差，尤其是高镍三（sān）元锂电池，不乏起火事件（jiàn）。磷酸铁（tiě）锂电（diàn）池在低温下（xià）性能衰退快，但循环寿（shòu）命长，安全性好。

　　技术进步与电动车（chē）销售（shòu）层面：从去（qù）年开始随着宁德时代CTP方案、比亚迪与蜂巢（cháo）能源的（de）LCTP方案（àn）的推出，使（shǐ）得（dé）磷酸铁锂电池包的（de）整体（tǐ）能量密度得到了提高（gāo），在中高端乘用车的使用（yòng）已经没有（yǒu）障碍，从公告来看，各品牌车（chē）型都推出了磷（lín）酸铁（tiě）锂版，业内笑称（chēng）集体（tǐ）放弃高寒地区（qū）市场主（zhǔ）攻目标市（shì）场。今年以五菱（líng）宏光MINI EV为代表的微车销售大（dà）增，五菱单一型（xíng）号（hào）的年（nián）产销（xiāo）就将达到45万台（tái），单此就消耗（hào）5GWh磷酸铁（tiě）锂电池，造（zào）成特别有趣（qù）的（de）现象：今（jīn）年磷酸（suān）铁锂比三元最后增加的量可能就是五菱宏光MINI EV的消耗（hào）量（liàng）。可预（yù）见的未（wèi）来几年中，微车销量增（zēng）速会远高于中高端电动（dòng）乘（chéng）用车，我预（yù）判2025年微车年（nián）销量（liàng）将突破500万辆，2030年前将突破1000万辆。所（suǒ）以磷（lín）酸铁（tiě）锂（lǐ）电池销量上涨增（zēng）速仍（réng）然不（bú）减（jiǎn）。

　　企业经营层面：三元电池（chí）的投入产出比要远高于磷酸铁锂电池，按笔者实（shí）际（jì）经营过（guò）的1.5GWh锂电产线对比计算（suàn）：固定投入与人员投入都是相同的，在设备的生产（chǎn）节（jiē）奏（zòu）固定的前提下，每（měi）年磷（lín）酸（suān）铁锂电池的产值只（zhī）有三元电池（chí）的60-65%。因此（cǐ）单体电池（chí）做大（dà）容量（liàng）是磷酸铁锂路线的必然选择，这样可以提升（shēng）经营效率（lǜ）。

　　蔚来的（de）三元铁（tiě）锂综合应用方案（àn）可能成为（wéi）主流

　　蔚（wèi）来的（de）“三元铁锂”方案是一（yī）种有创意的有效综合方案，对（duì）此有借鉴作用：电池（chí）包以（yǐ）磷酸铁（tiě）锂电芯为主，但（dàn）在电池包的（de）四（sì）角，则换（huàn）装了三元锂电（diàn）芯。既然磷酸（suān）铁锂「怕低温」，那么就把容易处于低温的位（wèi）置换成「不怕低温」的三元锂。为了校准全新电（diàn）池包的（de）整体SoC，蔚（wèi）来用三元锂作为标尺，实时（shí）校（xiào）准磷酸铁锂在平（píng）台段的（de）SoC；在高（gāo）低段利用磷酸铁锂的优势，校准三元锂的SoC，为（wéi）此（cǐ）开发了双体系（xì）SoC算法，充分（fèn）利用（yòng）三元铁锂双体系的优势（shì）。

　　蔚（wèi）来三元铁锂电池包中（zhōng）电芯布（bù）局（jú）

　　无（wú）钴电池技术进展（zhǎn）

　　无（wú）钴电池的发（fā）展，要（yào）从“少钴”入手。钴元素在正（zhèng）极材料里起到结（jié）构稳定剂的作用，但根据特斯拉Jeff Dahn团队的（de）研（yán）究，高镍（niè）含钴电池中钴的（de）作用较小并（bìng）可（kě）以被（bèi）替代（dài）：(1)当镍含量超（chāo）过（guò）90%时（shí），钴对（duì）容量保（bǎo）持率几乎没有贡献（xiàn）；(2)用（yòng）铝或者猛替代钴也（yě）是可（kě）以起到（dào）稳定（dìng）剂的作用；(3)掺入铝或者锰也可以抑制相变，改善循环性能。用以（yǐ）代替钴元素的其（qí）他化学（xué）元素引入主要是通过离（lí）子掺杂等方式实现的，在（zài）多种开发路（lù）径中（zhōng）有如下几（jǐ）个主要尝试：

　　以LG化学NCMA四元锂电（diàn）池（chí）为例，LG化学遵循去钴提镍研（yán）发思路，将NCM和NCA掺杂而成四元锂电池，正极材料镍（niè）含量约为85%，钴、锰、铝（lǚ）的含量皆为5%，减少钴用量的同时添加铝提高安（ān）全性、增加材料结构的稳定性。

　　松下（xià）的目标是提（tí）高动力电池材料（liào）的可持续性（降低正极（jí）中的钴含量）并降低成本。目前（qián）松下（xià）NCA电池的钴含量低于（yú）5%，该公（gōng）司正（zhèng）在（zài）开发（fā）无钴版本（běn），基（jī）于原有的（de）NCA和NCM两条路线都在往前（qián）走。

　　在中国企业中（zhōng）以蜂巢能源NMx无（wú）钴电池为例，基于已有的正（zhèng）极（jí）材料进（jìn）行改性实现无钴化，通过多项改性技术提（tí）升（shēng）LNMO性（xìng）能（néng）。目前已经在层状LNMO材料的商业推广上已经取得关键进展，2021年（nián）7月16日，蜂巢（cháo）能源在江苏举（jǔ）行了首款（kuǎn）无（wú）钴电池量产下线仪式，这意味着全球首款无钴电池走出（chū）实（shí）验室, 正式实现量产, 蜂巢能源由此成为（wéi）全球首家（jiā）突（tū）破（pò）无钴电池（chí）技术（shù）难（nán）关, 成（chéng）功实（shí）现产品量（liàng）产的（de）动力电池企业。

　　在（zài）前几天刚结束的（de）广州（zhōu）国际车展上，蜂巢能源（yuán）的无钴（gǔ）电池装在了长城高端（duān）轿（jiào）车品（pǐn）牌沙龙的（de）机甲龙全球限量版上面，展示了蜂巢对（duì）于（yú）无钴电池（chí）的坚定信心，也（yě）表现了（le）长城汽车对于无（wú）钴电池（chí）内部长期测试后（hòu）的全（quán）面认可（kě）。

　　蜂巢能（néng）源相关人士透露，相比NCM811电池，无钴（gǔ）电池（chí）材（cái）料（liào）成本降（jiàng）低8%-10%，电芯循环（huán）超过3000次，理（lǐ）论能量（liàng）密度可以与三元材料持平，无钴电（diàn）池（chí）还有抗过充（chōng）和热稳定性的天然优势，安全性比三元锂电（diàn）池有（yǒu）明显提高（gāo）。此（cǐ）外，无钴（gǔ）材料合成（chéng）工艺与常规三（sān）元的（de）合成可以（yǐ）共线生（shēng）产，加上去（qù）掉“钴”元（yuán）素（sù），降本空（kōng）间也很（hěn）可观。

　　蜂巢（cháo）能源后续还会从以下六个方面继续改进无钴电池：

　　尝试（shì）采用其他金属元素（sù）掺杂、替代钴（gǔ）金属以及包覆改性无钴正（zhèng）极（jí）材料，提升无钴电池的容量（liàng）和（hé）充（chōng）放电倍率性能；

　　优化材料晶体（tǐ）结构提升无钴正（zhèng）极材料性能；

　　对传统的尖（jiān）晶（jīng）石锰酸（suān）锂材料、磷酸铁锂进（jìn）行掺杂和改性，或者将（jiāng）多种不同微观结构的正极（jí）材（cái）料混合使（shǐ）用进一步提升正极材（cái）料综合充放电性能；

　　结（jié）构创（chuàng）新层面（参考（kǎo）《动力电池结构创新研究》了解（jiě）详情）

　　从系统（tǒng）设计层面，不同（tóng）材（cái）料类型电芯混用，综合提（tí）升（shēng）电池（chí）包的能量密度和倍率性能；

　　进（jìn）一步开发低镍高锰（měng）的层状无（wú）钴材料，进一步降低镍的（de）含量，降低材料成（chéng）本，打造成本接近磷酸（suān）铁锂（lǐ）的无钴层状材料（liào），来进一步（bù）扩大层状无（wú）钴家族成（chéng）员。

　　钴的影响与无钴（gǔ）族系

　　“钴（gǔ）”在全（quán）球存储（chǔ）量越有限，意味着被替（tì）代的可能（néng）性（xìng）越大，这正是无钴电池加（jiā）速发展的契机。根据美国地质勘探局（jú）统（tǒng）计（jì），2018年全球（qiú）钴矿储量为690万公吨。超过70%的（de）钴资源分布（bù）在刚（gāng）果金、澳（ào）大（dà）利（lì）亚两个国家，中（zhōng）国钴资（zī）源储（chǔ）量仅为全球的1.12%，大约7.1万吨，属于（yú）钴资（zī）源匮（kuì）乏的（de）国家。从国家（jiā）层面来（lái）看，如（rú）果要（yào）彻底完成交通电动化转型，发展可（kě）替（tì）代产品，“去钴”已经迫在眉睫（jié）。

　　落地（dì）到电池企业的生产上，对“钴”有强（qiáng）感知的（de）是上（shàng）游（yóu）材（cái）料（liào）价格。近几（jǐ）年中（zhōng）国钴的产量（liàng）随着开采而（ér）逐渐枯竭，进口的比例逐年增（zēng）加，使得电池企业得（dé）到（dào）“钴”的成本（běn）越来越高（gāo）。“钴”价居（jū）高不下，与动力（lì）电（diàn）池企业降本的大方向背道而驰。以50kWh的A级车来计算，如果按NCM523体系（xì），一辆车大约需要（yào）11公斤钴，如（rú）果按年销2000万辆（liàng）计算（suàn）的话，需（xū）要（yào）22万吨（dūn）钴；换成高镍811体系的话就只（zhī）需要一半，必须先“少钴（gǔ）”，然后“无钴”。无钴电池家族或（huò）者叫（jiào）做广义的无钴（gǔ）正极材料（liào）大致包括：层状无（wú）钴（gǔ）、尖晶（jīng）石镍（niè）锰酸锂、富锂锰基、磷酸铁锂、磷酸锰（měng）酸锂（lǐ）、锰酸（suān）锂等（děng），今后我们统（tǒng）称（chēng）“泛无钴家族”，如下表（biǎo）：

　　作为主机厂（chǎng），虽（suī）然在电池技术路线上有（yǒu）所偏好，但是不排斥任（rèn）何的技术（shù）路线，前提是满足主机厂对于安（ān）全（quán）的核（hé）心诉求下，平衡（héng）成本、续航、长寿命等等商（shāng）业化因（yīn）素。随着搭载无钴电池的（de）整（zhěng）车面（miàn）世，无钴材料各项性能得到用户认可，更多的玩家和上下（xià）游企业加入该技术路线，行业协同效应显现，无钴电池（chí）大规模应用一定是趋势与方向！

　　图示为中国电动（dòng）车（chē）电池的发展路线图（资料来自清华大学（xué）锂离（lí）子（zǐ）电池实验室）

　　总结

　　三元锂选择高镍无钴（gǔ），磷酸（suān）铁（tiě）锂选择CTP、LCTP，都在向着低资源依赖（lài）低成本的方向发（fā）展。结合新（xīn）能源汽车发展的两条主线：电动化与（yǔ）智能网（wǎng）联，笔者判断，追求（qiú）高续航（háng）与（yǔ）自动驾驶体验的高端时尚乘用车（chē），装电量（liàng）会不断提升，从50kWh提升到115kWh以上，更多会考虑选择（zé）三元高镍无钴电池；另外（wài）一方面（miàn）实用主（zhǔ）义者用（yòng）车，每年行驶里程（chéng）不（bú）超（chāo）一万（wàn）公里，只（zhī）需要简单的辅助驾驶（shǐ），肯定将选（xuǎn）择磷酸（suān）铁锂路线（xiàn）的（de）电池（chí）；介于两者（zhě）之间的（de）体验派则会忽三元忽铁锂（lǐ）在网上发声；商用车几乎都导向（xiàng）磷（lín）酸铁锂体系。就算大家（jiā）对未来推出的半固态与固态电池充满期待，泛无钴材（cái）料（liào）体系的动（dòng）力（lì）电池赛道（dào）都具有（yǒu）明确的确定性。

　　（本文作者系吉林大（dà）学青岛汽车研究院副院（yuàn）长、中国汽车（chē）工程学（xué）会（huì）电器技术分会技术与标准（zhǔn）专家组特聘专家顾国洪）