导读

　　新能源汽车退（tuì）补（bǔ），磷酸铁锂（lǐ）卷土重来，市场份额（é）越发扩大，上游材料六氟磷酸（suān）锂价格暴涨。如果没有（yǒu）当（dāng）初的补贴政策，现在中国市场（chǎng）上的格局如何？比亚迪是（shì）否能（néng）维持第一（yī）？宁德时（shí）代是否还有现在的江湖（hú）？同时磷酸铁锂电池已不再是当初的磷酸铁（tiě）锂电池，顺着（zhe）技术进步，从磨刀（dāo）霍霍的（de）刀片到喜（xǐ）气洋（yáng）洋的（de）L600“6条”，从结构到（dào）性能上不断提升；而三元亦非当年的523，已经622、811甚（shèn）至955了（le），形（xíng）态也从苗条的18650到（dào）胖乎乎的4680或（huò）者从方（fāng）头（tóu）方脑的VDA355到MEB590直至CTP、CTC了。仔细（xì）分析研究后发现（xiàn）这些技术创新（xīn）大致可分两（liǎng）类：1、结（jié）构与（yǔ）系统集成的创新；2、材（cái）料创新。上一篇我（wǒ）们谈过结（jié）构与系统集成（chéng）的创新（xīn），这里我们专门讲材（cái）料的创新（xīn）发展。

　　动力电池通识（shí）

　　在描（miáo）述材（cái）料技术发展路线之前，我们先说明一些通用（yòng）知识，以方便（biàn）非本专业的读者了解以（yǐ）及对后文（wén）表述（shù）的理（lǐ）解（jiě）。

　　电池主要材料为正极、负极、隔膜、电解（jiě）液。正极（jí）决（jué）定了材料体系，日常提到的磷酸（suān）铁锂LFP等均是（shì）说（shuō）正极材料的主要组成（chéng）材料，比（bǐ）如国内企（qǐ）业常见的NCM三元体系（xì）是（shì）指镍（Ni）、钴（Co）、锰（Mn）等金属元素的（de）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）极起着能量的储存与释放作用，目前（qián）主流为石（shí）墨材料（liào）；隔膜（mó）保（bǎo）证了锂离子正常（cháng）穿梭、不让正负极接触（chù）而短路，同（tóng）时决定着电（diàn）池的充放电、循环寿（shòu）命、倍率等性能（néng）；电解液是电池中离子（zǐ）传输的载体，锂电池主要（yào）使用的（de）电解质有高（gāo）氯酸（suān）锂、六氟磷酸锂等。对车用动力电池来说，主要发展在于以保障锂（lǐ）电池的安全性为前提（tí），提（tí）升能（néng）量密（mì）度、低温放（fàng）电、快（kuài）充、循环寿命等性能指标。

　　目前一般A级（jí）纯电动（dòng）车带电50kWh左（zuǒ）右，未来大部分电（diàn）动车（chē）一定会配备相当程度的智能（néng）系统，推算纯电动乘用车Pack电量要求会提（tí）升（shēng），2025年每辆车（chē）搭（dā）载75kWh以上，2030年每辆车搭载75-115kWh。未来（lái）汽车的智能系统部分还会提升对（duì）电量要求，电池成本又要在（zài）整车中占比下降至40%以下，也就是说相同的续驶里程，未来价格应为现有价格的一半左右。正是因为这些商业成功的（de）因素左（zuǒ）右，动力电池技术一直不断在创新，创新将会伴随始终。市场中的各路（lù）玩（wán）家，想（xiǎng）要走（zǒu）得更（gèng）远，享受新能源汽车市（shì）场中诱人的份额，成本（běn）控制（zhì）的功（gōng）课时刻考验，目前头部企业（yè）也必须跟上材（cái）料体系（xì）的创新（xīn）。仔细研究后发现这些年动力电（diàn）池除（chú）了结（jié）构（gòu）与系统集成的创（chuàng）新（xīn）外，材料主线（xiàn）依然是磷酸铁锂VS三元锂以及少钴（gǔ）无钴化趋势（shì），其他钠电池、固态电池等（děng）都刚（gāng）刚从中试走（zǒu）向批量（liàng）阶段，商业（yè）化成熟还需各自的生态体系（xì）建设和市场验证，可以做其他（tā）专题来分解。

　　磷酸铁锂电池VS三元锂电

　　从2009年新能源汽车发展至（zhì）今，12年（nián）期间（jiān），三元锂电（diàn）池和磷酸铁锂电池一直是相爱相杀。说其相爱是因为两（liǎng）种技术（shù）路线一直在（zài）共同成长，说其相杀是因为两（liǎng）种路线在成长过程中是此起（qǐ）彼（bǐ）伏的关系。今年来磷酸铁锂电池（chí）一路（lù）攻城陷地，自7月首次交叉之后（hòu），磷酸铁锂与三元（yuán）锂电（diàn）池的装（zhuāng）机量剪刀（dāo）差就（jiù）不断扩大，到2021年10月，我国动（dòng）力电池装机（jī）量达到（dào）15.4GWh，其中三元锂装车7.0GWh，磷酸（suān）铁锂装车8.4GWh，占比（bǐ）分别为（wéi）45.5%和54.5%，而在2020年，磷酸铁锂的占（zhàn）比仅有16.3%。作为（wéi）动力（lì）电池（chí）最核心的两条技术（shù）路线，三元锂和磷酸铁锂在中国（guó）市场已绞（jiǎo）杀（shā）多年，并且轮流（liú）坐庄。

　　2021年以（yǐ）来两（liǎng）种动力电池装机量（liàng）变化

　　对此有（yǒu）很多人从政策、成本等角度进行了分析并对未来做（zuò）出预判。作为动力电池（chí）行业（yè）的实践与（yǔ）研究者，笔者曾经在工作经历（lì）中（zhōng）使用磷酸铁锂电池大批量装（zhuāng）车并负责运营，也曾（céng）经从公司实际经营角度果断（duàn）叫停（tíng）磷酸铁锂全面切换三元（yuán）锂电（diàn）池（chí）主攻乘（chéng）用（yòng）车并取得很好业绩（jì）。本文尝（cháng）试着从政策、成本（běn）、电动（dòng）车发展趋（qū）势、技术（shù）进步、企业经营等（děng）多（duō）维（wéi）度进行解读。

　　政策层面：磷酸铁锂电池（chí）自2008年起，就凭借其成本相对（duì）较（jiào）低的优（yōu）势在我国动（dòng）力电池市场中占据（jù）了主（zhǔ）流地位，2016全年磷酸铁锂电池凭借19.98GWh的装机量曾一度拿下73%的市场份（fèn）额。2016年后国家颁（bān）布了（le）新能源补贴政策，将（jiāng）能量（liàng）密度纳入考核，然后才有能量密度更（gèng）高（gāo）的（de）三元锂（lǐ）电（diàn）池强（qiáng）势崛起，在2018年的动力（lì）电（diàn）池装机量上，三元锂电（diàn）池以58.17%的（de）份额（é）首次实现超越，而磷（lín）酸铁锂该年（nián）度占比则跌落至39%。

　　综合成本层面：在价格方面，当下NCM811三元锂电池的未税价（jià）要0.9-1.0元/Wh，而磷（lín）酸（suān）铁锂电池（chí）未税价是0.6-0.7元/Wh。能量密度方面，三元（yuán）锂（lǐ）电（diàn）池是170-200Wh/kg，而磷（lín）酸铁（tiě）锂电池是130-150 Wh/kg，按照“续航里程-能量密度-成（chéng）本”公式计算，在单车续航里程相同的情况下，磷酸（suān）铁锂电池（chí）比三元锂电池有（yǒu）很大的经济性（xìng）优（yōu）势。在性能方面，两者（zhě）各（gè）有千秋。三元（yuán）锂电（diàn）池的优势是（shì）低温下性能稳定，但（dàn）循环（huán）寿（shòu）命较短，安（ān）全性较差，尤（yóu）其是高镍三元锂电池，不乏（fá）起火事件。磷酸铁锂电池在低温下性能（néng）衰退快，但循环寿命长，安全性好（hǎo）。

　　技术（shù）进步与电动车销售层面：从去年开始（shǐ）随着宁德（dé）时代（dài）CTP方（fāng）案、比亚迪与蜂巢能（néng）源的LCTP方案的（de）推（tuī）出，使（shǐ）得磷酸铁锂电池包（bāo）的整体能量密度得到了提高，在中高（gāo）端乘用车的使用已经（jīng）没有障碍，从公告来看（kàn），各品牌车型都推出了磷酸（suān）铁（tiě）锂版，业内笑称集体（tǐ）放（fàng）弃高寒（hán）地区（qū）市场主（zhǔ）攻目标（biāo）市场。今年以五菱（líng）宏（hóng）光（guāng）MINI EV为代表的微车（chē）销售大（dà）增，五菱单一型号的年产销就将达到45万台，单（dān）此就消耗5GWh磷酸铁锂电（diàn）池，造成特别有趣的（de）现象：今年磷酸铁（tiě）锂（lǐ）比三元最后增加的量（liàng）可能就是五菱宏光MINI EV的（de）消耗量。可预见的未来几年中，微车（chē）销量增速会远高于中高端电动乘用车，我预判2025年微车（chē）年销量将突破500万辆，2030年前（qián）将突破1000万（wàn）辆。所以（yǐ）磷（lín）酸铁锂电（diàn）池销量上涨增速仍然（rán）不减。

　　企业经营层面：三元电池的投入（rù）产出（chū）比要远高于磷（lín）酸（suān）铁锂电池，按笔者（zhě）实际经营过的1.5GWh锂电（diàn）产线（xiàn）对比计算：固定投入与人员投入都是（shì）相同的，在设备的生产节奏固（gù）定（dìng）的前（qián）提下，每年磷酸铁锂（lǐ）电池的产值只有三元电（diàn）池的60-65%。因（yīn）此单体电池做大容量是磷酸铁锂（lǐ）路线（xiàn）的必然选（xuǎn）择，这样可以提升经营效率。

　　蔚来（lái）的三元铁锂（lǐ）综（zōng）合应用方案可能成为主流

　　蔚来的“三元铁锂（lǐ）”方（fāng）案是一种有创意的有效（xiào）综合方案，对此有（yǒu）借鉴作用：电池包以磷酸铁锂电芯为主，但（dàn）在电池包的四角（jiǎo），则（zé）换装了三元锂电（diàn）芯。既然磷酸铁锂（lǐ）「怕低（dī）温」，那么就把容（róng）易处（chù）于低温（wēn）的（de）位置换成「不怕低温（wēn）」的三元锂。为了校准全（quán）新电池（chí）包（bāo）的整体SoC，蔚来用三元（yuán）锂作为标尺，实时（shí）校准磷酸（suān）铁锂在平台段的（de）SoC；在高（gāo）低段利用磷酸（suān）铁（tiě）锂的优势，校准三元（yuán）锂的SoC，为此开发（fā）了（le）双体系SoC算（suàn）法，充（chōng）分利用三元铁锂（lǐ）双体系的优势。

　　蔚来三（sān）元（yuán）铁锂电（diàn）池（chí）包中电芯布（bù）局

　　无（wú）钴（gǔ）电池技术进展

　　无钴电（diàn）池的发展，要从“少钴”入手。钴元素在（zài）正极材料里起到结构（gòu）稳（wěn）定剂的作用（yòng），但（dàn）根（gēn）据特斯拉Jeff Dahn团队的（de）研究，高镍含钴电池中钴的作（zuò）用较小并（bìng）可以被替（tì）代：(1)当镍（niè）含量超过90%时，钴对容量保持（chí）率几乎没有贡献；(2)用铝或（huò）者猛替代钴也（yě）是可以（yǐ）起到稳定（dìng）剂的（de）作用；(3)掺入铝或者锰也可（kě）以抑制相变（biàn），改善（shàn）循（xún）环性能。用以代替（tì）钴元素（sù）的其他（tā）化学元素（sù）引（yǐn）入主要是通过离子（zǐ）掺杂等（děng）方式实现的，在多种开发路径中有如下几个主要尝试：

　　以LG化学NCMA四（sì）元锂电池为例，LG化学遵（zūn）循去钴提镍研（yán）发思路，将NCM和NCA掺杂而成四元锂电池，正（zhèng）极材（cái）料镍含量约为（wéi）85%，钴、锰、铝的含量（liàng）皆（jiē）为5%，减（jiǎn）少钴用量的（de）同时添（tiān）加铝提高安全性（xìng）、增加（jiā）材料结构的稳定性。

　　松下的目标是提高动力电池（chí）材（cái）料的（de）可持续性（降（jiàng）低正极（jí）中（zhōng）的钴（gǔ）含量）并降低成（chéng）本（běn）。目（mù）前松下NCA电池（chí）的钴（gǔ）含量（liàng）低于5%，该公司正在开（kāi）发无钴版（bǎn）本，基于原有的NCA和NCM两条（tiáo）路线（xiàn）都在往前走（zǒu）。

　　在中国（guó）企业中以蜂巢能源NMx无（wú）钴电池为例（lì），基（jī）于已有的正极材料进行改（gǎi）性实现无（wú）钴化（huà），通过多（duō）项（xiàng）改性技术提升LNMO性能。目前已经在层状LNMO材料（liào）的商业推广上已经取得关（guān）键进展（zhǎn），2021年（nián）7月16日（rì），蜂巢（cháo）能源在江苏举行了首款（kuǎn）无钴（gǔ）电池（chí）量产下线仪式，这意味着全球首款无钴电池走（zǒu）出实验室, 正式实现量（liàng）产, 蜂巢能源由此成为全球首家突破无钴电池技术难关（guān）, 成功实现产（chǎn）品量产的动力（lì）电池企（qǐ）业。

　　在前几天刚（gāng）结束的广（guǎng）州国际车展上，蜂（fēng）巢能源的无（wú）钴电池装在了长城高端轿车（chē）品牌沙龙的机甲龙（lóng）全（quán）球限量版上面，展示了蜂巢对于无钴电（diàn）池的坚定信心，也（yě）表现（xiàn）了长城汽车对于无钴电池内部（bù）长期（qī）测试后的（de）全面认可。

　　蜂巢能源相关人士透露，相（xiàng）比NCM811电池，无钴电池材（cái）料成本（běn）降低（dī）8%-10%，电芯（xīn）循环超过3000次，理（lǐ）论能量密度可以与三元材料持平（píng），无（wú）钴电池（chí）还有（yǒu）抗过充和热稳定性（xìng）的天然优势（shì），安（ān）全性比三元锂电池有明显提高。此外，无（wú）钴（gǔ）材（cái）料合成（chéng）工艺与常规三元的（de）合成可以共线生（shēng）产，加上去（qù）掉“钴（gǔ）”元素，降本空间也很可观。

　　蜂巢（cháo）能源后续还会从（cóng）以（yǐ）下（xià）六个方面继（jì）续改（gǎi）进无（wú）钴（gǔ）电池：

　　尝试采用其他（tā）金（jīn）属元素掺杂、替代钴金属以及包覆改（gǎi）性无钴正极材料，提升无钴电池的容量和充放电倍率性（xìng）能（néng）；

　　优化材料（liào）晶（jīng）体结（jié）构提升无钴正极材（cái）料（liào）性能；

　　对传（chuán）统的尖晶石锰酸锂材料、磷酸（suān）铁锂进（jìn）行掺（chān）杂（zá）和改性，或者将多种不同微（wēi）观结（jié）构的正极材料混合使用进一（yī）步提（tí）升正极材（cái）料综（zōng）合（hé）充放电性能；

　　结构创新层面（参考《动（dòng）力电（diàn）池结（jié）构创（chuàng）新研究》了解详情）

　　从系（xì）统设计层面（miàn），不同材料类型电芯混用，综合提升电池包的（de）能量（liàng）密（mì）度和倍率性能；

　　进一步开发低镍高锰的层状无钴材料，进一（yī）步降低镍（niè）的（de）含量，降低材料成（chéng）本，打造成本接（jiē）近磷酸铁（tiě）锂的无钴层（céng）状材料，来（lái）进一（yī）步扩大层状（zhuàng）无钴（gǔ）家族（zú）成员。

　　钴的影响与无钴族（zú）系

　　“钴”在（zài）全球存储量越（yuè）有限，意味着被替代的可（kě）能性越（yuè）大，这正（zhèng）是无钴电池加速发（fā）展的契机。根（gēn）据（jù）美国地质勘探局统计，2018年全球钴（gǔ）矿储量（liàng）为690万公吨。超过70%的钴资（zī）源（yuán）分（fèn）布在刚（gāng）果金（jīn）、澳（ào）大利亚两个（gè）国家，中（zhōng）国（guó）钴资源储量仅为（wéi）全球的1.12%，大约7.1万吨，属（shǔ）于钴资源匮乏（fá）的（de）国家。从国（guó）家（jiā）层面来看，如（rú）果要彻底完成交通电（diàn）动（dòng）化转型，发（fā）展可（kě）替代（dài）产品，“去钴（gǔ）”已经迫在眉（méi）睫。

　　落（luò）地（dì）到电池企业的生产上（shàng），对（duì）“钴”有强感知的是上游材料价格。近几年中国钴的产量随（suí）着开（kāi）采而逐渐枯（kū）竭，进口的比（bǐ）例（lì）逐年（nián）增（zēng）加，使得电（diàn）池企（qǐ）业得到“钴（gǔ）”的成（chéng）本越来越高。“钴”价居高（gāo）不下，与动力电池企业（yè）降本的大方（fāng）向背道而驰。以50kWh的A级车来计算，如果按（àn）NCM523体系（xì），一辆车大约需（xū）要（yào）11公斤钴，如（rú）果按（àn）年（nián）销2000万辆计算的话，需要（yào）22万（wàn）吨钴；换成高镍811体系的话就只需（xū）要一半，必须先“少钴（gǔ）”，然后“无钴”。无钴电池家族（zú）或者叫（jiào）做广义的无钴正极材料大致包括：层状无钴、尖晶石（shí）镍锰酸锂、富锂锰基、磷（lín）酸铁锂、磷酸锰酸锂、锰酸（suān）锂等，今后我们（men）统称“泛无钴（gǔ）家族”，如下表：

　　作为主机（jī）厂（chǎng），虽然在电池技术路线上有（yǒu）所偏好，但（dàn）是不排斥任何的（de）技（jì）术路线，前提是满足主机厂（chǎng）对于安（ān）全的核心诉求（qiú）下，平衡成本、续（xù）航、长（zhǎng）寿命等等商业化因素（sù）。随着搭载无钴（gǔ）电池（chí）的（de）整（zhěng）车面世，无钴材（cái）料各项性（xìng）能得到用（yòng）户认可，更多的玩（wán）家和上下游企业加入该技术路线，行业协（xié）同效应显现，无钴电（diàn）池大规模应用一定（dìng）是趋势与方向（xiàng）！

　　图示为中（zhōng）国电动车电（diàn）池的发展路线图（资料来自清华大学锂离子电池实验室）

　　总结

　　三元锂选择高镍无钴，磷（lín）酸铁锂（lǐ）选择CTP、LCTP，都在向着低（dī）资源依赖低成（chéng）本的方向（xiàng）发展（zhǎn）。结合新能源汽车发（fā）展的两（liǎng）条主线：电（diàn）动化与智能网联，笔（bǐ）者判（pàn）断，追求高续航与自动（dòng）驾驶体验的（de）高端时尚乘用车，装电（diàn）量会不断提升，从50kWh提升（shēng）到115kWh以上，更多（duō）会考虑选择三元高镍无钴电池；另外一方面实（shí）用主义（yì）者（zhě）用车，每年行驶里程不（bú）超一万公里，只（zhī）需要简（jiǎn）单的辅（fǔ）助驾（jià）驶，肯定（dìng）将选择磷酸铁锂路线（xiàn）的电池；介（jiè）于两者之间（jiān）的体（tǐ）验派则（zé）会忽三元忽铁锂在（zài）网上发声；商用车几乎都导向磷酸铁锂体系（xì）。就算大家（jiā）对未来推出的半固态与固态（tài）电（diàn）池充满期（qī）待（dài），泛无钴材（cái）料体（tǐ）系的动力电池赛道都具（jù）有（yǒu）明确的确定性（xìng）。

　　（本（běn）文作者系吉林大学青（qīng）岛汽（qì）车研究院副院长、中国汽车工程学会电（diàn）器技术分会技术与标准专家组（zǔ）特聘专家（jiā）顾国洪）