鉅大LARGE | 點擊量：837次 | 2021年12月22日
三元之后再出四元鋰離子電池 未來將是多種電池技術(shù)路線并行？
在三元鋰、磷酸鐵鋰占據(jù)主流的動力電池領(lǐng)域，新銳四元鋰電池技術(shù)開始嶄露頭角。
11月18日，凱迪拉克旗下首款純電動汽車RIQ開啟預(yù)售，該車也成為首款配裝LG新能源四元鋰電池的電動車型。此前，LG新能源亞洲營銷總經(jīng)理樸鎮(zhèn)庸在接受媒體采訪時稱，公司開發(fā)的新一代四元鋰電池將在LG新能源南京基地投產(chǎn)。事實上，早在今年6月就有人透露，LG新能源將向特斯拉供貨四元鋰電池?？雌饋恚绕鸩恢螘r才能量產(chǎn)的固態(tài)電池，四元鋰電池已經(jīng)蓄勢待發(fā)。
四元鋰電池到底是怎樣的電池？具備哪些優(yōu)勢？前景幾何？近來，這些問題引發(fā)了業(yè)界的廣泛關(guān)注。
是創(chuàng)新還是過渡性技術(shù)？
“與現(xiàn)有的鎳鈷錳（NCM）811、523、622以及鎳鈷鋁（NCA）三元鋰電池等動力電池產(chǎn)品相比，鎳鈷錳鋁（NCMA）的四元鋰電池有自己的特點。”中國電池工業(yè)協(xié)會鋰電池應(yīng)用專業(yè)委員會顧問蘇南峰向《中國汽車報》記者表示，一是在材料上，四元鋰電池不僅比三元鋰電池多一元，而且在鎳鈷錳三元電池的材料中加入了更多的鎳，比例接近90％，還使用了部分鋁元素，降低了鈷元素，從而可以抑制鈷元素的不穩(wěn)定雜質(zhì)生成，克服了三元鋰電池的部分缺陷，也被稱為“高鎳低鈷”電池；二是在性能上，與三元鋰電池相比，四元鋰電池在一定程度上可以實現(xiàn)提升電池能量密度、改善充放電性能和循環(huán)壽命等多維度的平衡，續(xù)駛里程可達到650公里左右；三是在價格上，由于鈷的價格相對較高且資源緊張，而鎳和鋁的價格較低且供應(yīng)充足，因此成本也有所降低。
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對于四元鋰電池的未來發(fā)展，業(yè)內(nèi)有不同看法。“從降低鈷含量，提升電池性能的角度看，高鎳低鈷的四元鋰電池是未來的發(fā)展趨勢之一。”江蘇新能源汽車行業(yè)發(fā)展研究院研究員厲建平在接受記者采訪時認為，四元鋰電池技術(shù)能改善三元鋰電池的一些缺陷，而且LG新能源將價格較貴的鈷用量減少了70％左右，在原材料漲價的背景下大幅降低了電池成本。同時，在國內(nèi)新能源汽車產(chǎn)銷量持續(xù)增長、追求更高續(xù)駛里程的情況下，四元鋰電池具有較強的市場競爭力，在相當長一個階段內(nèi)都會有較強的生命力。
當然，也有人持不同的觀點?！八脑囯姵氐膬?yōu)勢與短板都十分明顯，很難成為將來的長期發(fā)展方向，充其量只是一種過渡性產(chǎn)品。”廣東工業(yè)大學(xué)新能源材料研究中心研究員陳新彤向記者表示，目前，固態(tài)電池、半固態(tài)電池以及氫燃料電池等多種動力電池都在緊鑼密鼓地研發(fā)之中，即使四元鋰電池在短期內(nèi)能占領(lǐng)一定的市場份額，但幾年后隨著全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化，很可能會被淘汰。
特斯拉或隨通用“上車”
實際上，早在通用汽車采用LG新能源的四元鋰電池之前，特斯拉一直被盛傳有望成為第一家使用其四元鋰電池的汽車制造商。雖然通用捷足先登，但一直在嘗試多種電池方案的特斯拉可能會很快跟上。
“理論上看，四元鋰電池的主要優(yōu)勢是其能提供較長的續(xù)駛里程，成本卻較低?！闭憬履茉醇夹g(shù)應(yīng)用研究院研究員陸安程在接受《中國汽車報》記者采訪時表示，特斯拉有理由選擇四元鋰電池解決方案。一是目前特斯拉也在尋求降低Model3和ModelY長續(xù)駛版的動力電池成本。為此，甚至國產(chǎn)特斯拉已經(jīng)舍棄了多年的電池供應(yīng)商松下；二是由于添加了鋁，四元鋰電池的循環(huán)壽命大幅提升。試驗表明，四元鋰電池充放電1000次后電池仍可充到95％，相比三元鋰電池有顯著優(yōu)勢，這應(yīng)該也是特斯拉所看重的；三是由于特斯拉使用了線控底盤和自研的接近中央域控制器的架構(gòu)，使得從軟件和硬件方面提升電源管理系統(tǒng)相對容易，有利于四元鋰電池“上車”。
目前，頭部電池企業(yè)中只有LG新能源宣布量產(chǎn)四元鋰電池?！八脑囯姵仉m然看上去并不復(fù)雜，只是提高了鎳含量、增加鋁元素，但中試、驗證與生產(chǎn)工藝上有很多技術(shù)難題，LG新能源應(yīng)是突破了一系列難題?！睆V東新能源汽車發(fā)展研究中心研究員林森告訴記者，一是在材料體系上，與現(xiàn)有三元鋰電池相比，四元鋰電池在鎳含量較高的情況下，鋁元素的添加比例及精準控制是量產(chǎn)的難題之一；二是在生產(chǎn)工藝上，由于四元鋰電池“高鎳低鈷”的特點，高鎳材料容易膨脹，對設(shè)備精度和耐腐蝕性、溫度控制等量產(chǎn)條件都有很高的要求，需要做大量試驗；三是在相關(guān)配套設(shè)施上，由于四元鋰電池比三元鋰電池有更高的充電倍率、更高能量密度，為控制熱失控，對車上的電池管理系統(tǒng)提出了更高的要求，需要改進或優(yōu)化電池管理系統(tǒng)才能適配。
在行業(yè)人士看來，擁有了訂單并不意味著四元鋰電池就會一路暢通一方面，四元鋰電池量產(chǎn)工藝比三元鋰電池復(fù)雜，電池企業(yè)需要多長時間才能實現(xiàn)降本提效、達到利潤平衡點，尚不明確；另一方面，多家電池企業(yè)在探索多種技術(shù)路線，對四元鋰電池的市場是否存在影響，尚未可知。目前，包括松下、三星、SDI等電池企業(yè)在探索固態(tài)電池，寧德時代正在研發(fā)無稀有金屬電池，還有比亞迪已經(jīng)量產(chǎn)的磷酸鐵鋰刀片電池等，都有可能是四元鋰電池潛在的競爭對手。
三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池，是雙雄并行還是一家獨大？
關(guān)于電池，投資者們并不陌生，因為一個好的電池所能呈現(xiàn)出來的特點是一目了然的：充電速度快、使用安全、電池容量高、使用壽命長、成本低廉。這也對應(yīng)著電池性能的五個關(guān)鍵指標：充放電表現(xiàn)、高低溫表現(xiàn)（物理沖撞后的安全性）、能量密度、壽命、成本。
鋰電池因為化學(xué)構(gòu)成不同，而呈現(xiàn)出不同的特征，從而決定了其在應(yīng)用中的適用場景。
鋰電池可以分為磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池還有鈦酸鋰電池。三元鋰電池包含三個金屬（鎳、鈷、錳或鋁），因此鋰電池可以根據(jù)不同的化學(xué)組成，可以得到不同的穩(wěn)定性和能量密度的結(jié)合，用于不同的場景。
先說鈦酸鋰，鈦酸鋰可以做到大功率輸出，但是能量密度低、成本高，不能夠應(yīng)用于日常的電動汽車，但可以用于某些需要高強度輸出的運輸設(shè)備。
磷酸鐵鋰的最大優(yōu)勢就是成本低。磷酸鐵鋰目前是比較常見的電池材料，循環(huán)性能很好，電池材質(zhì)穩(wěn)定安全性高，并且耐高溫，但是在低溫環(huán)境下電池的工作性能就會下降，多用于輕型電動設(shè)備中，因為其能量密度相對有限。
三元鋰電池則以續(xù)航能力見長。三元鋰電池兼顧了能量密度高、循環(huán)性能好、耐低溫，是消費級電動汽車的首選，不過安全性上相對于磷酸鐵鋰稍弱，尤其是在高溫和撞擊上，容易發(fā)生事故。特斯拉初期在電池上會發(fā)生自燃事故，就是因為使用了能量密度高的三元鋰電池，而放棄了一定的安全性。
兩者也有一些不足。磷酸鐵鋰的主要缺點在于能量密度相對低，這意味著同樣的里程數(shù)需要更重的磷酸鐵鋰電池。而三元鋰電池的能量密度相對于磷酸鐵鋰要有優(yōu)勢，不過缺點有兩個，一個是電池包含鈷這些貴金屬會使成本上升，另外一個是該電池的安全性能比不上磷酸鐵鋰，在包裝工藝上需要下功夫，否則可能引發(fā)自燃或者其他事故。
磷酸鐵鋰和三元鋰電池各有優(yōu)勢和缺點，對于電動汽車來說目前使用得比較多的是三元鋰電池。不過，在《新能源汽車推廣應(yīng)用推薦車型目錄》中，搭載磷酸鐵鋰電池的車型占新能源乘用車的比例也在增多，從2020年的第一批僅占18%到現(xiàn)在2021年第三批可以和三元鋰電池持平。
由此可見，磷酸鐵鋰的裝機量和產(chǎn)量的增長幅度越來越大，可以推測出目前的市場的風向更多是向著磷酸鐵鋰的方向傾斜。
不過筆者認為，因為雙方都互有優(yōu)劣，最終誰將獲得市場的最終青睞還有待商榷，大多數(shù)新能源汽車的新老玩家都開發(fā)不同電池的車型，來滿足市場的需求以及適應(yīng)政策的方向。為什么磷酸鐵鋰的需求量越來越大的情況下，依然無法判斷三元鋰電池和磷酸鐵鋰到底誰能笑到最后呢？這個問題通過產(chǎn)業(yè)的大環(huán)境的發(fā)展來進行分析或許可以發(fā)現(xiàn)一些端倪。
電池：續(xù)航，安全，還是降成本？
對于電動車的市場參與者來說，電池性能其實是一個博弈并取得平衡的過程。
在電視上經(jīng)?？梢钥吹揭恍┟襟w報道新能源汽車會發(fā)生自燃的現(xiàn)象，其實就是使用了三元鋰電池所帶來的負面作用。這也就是從側(cè)面反映出一些電動車玩家為了在續(xù)航能力上取得優(yōu)勢，而放棄了部分的安全性能，從而導(dǎo)致了一些悲劇。
政策面看，2020年以前，政策方向上對于新能源汽車產(chǎn)業(yè)端是相對比較寬松的，并且對于按照某些特定的標準和要求設(shè)定不同的補貼，其中能量密度就是一個重要的考量因素。根據(jù)相關(guān)資料，2017年工信部公布的8批共296新能源乘用車中，采用三元鋰電池的車型有221款，磷酸鐵鋰僅有33款。
當然，新能源乘用車使用三元鋰電池比較多的原因不僅僅是因為政策補貼所帶來的成本下降，另外還是因為充電樁數(shù)量有限（根據(jù)中國電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施促進聯(lián)盟（充電聯(lián)盟）統(tǒng)計，2017年底充電樁保有量僅45萬，2020年規(guī)劃的充電樁保有量480萬），所以對于續(xù)航能力的要求是很高的。
但日前隨著新能源汽車的銷售的不斷增加，以及充電樁的大幅度普及，政策風向上開始減少對于新能源車的補貼。
這也意味著整個行業(yè)更加接近市場競爭的考驗，那么成本就成為了更加重要的考量因素。磷酸鐵鋰電池雖然能量密度比三元鋰電池稍弱，但是安全性能更強，并且充電樁的持續(xù)增加，也弱化了對于能量密度的需求。因此，可以看到磷酸鐵鋰電池的應(yīng)用開始逐步增加，當然這也進一步推升了相關(guān)原材料的價格，例如說鋰。
不過目前雖然有一些傾斜，但是市場需求還處于動態(tài)調(diào)整的狀況，廉價雖然可以搶占市場，但是市場或許更加需要續(xù)航能力更強的汽車來進行遠距離的行駛。因此目前市場依然是較不成熟的，這也意味著對于電池的要求可能會隨著行業(yè)的發(fā)展不斷地進行調(diào)整和變化。
多種技術(shù)路線競相爭艷
目前，在國內(nèi)動力電池市場，三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池是市場爭奪的兩大主角。中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2021年10月，國內(nèi)磷酸鐵鋰電池裝車量達8.4GWh，同比上升249.5％，超過三元鋰電池的7GWh，且已連續(xù)數(shù)月領(lǐng)先三元鋰電池。
四元鋰電池或許能扭轉(zhuǎn)當前三元鋰電池市場份額下降的不利局面。四元鋰電池與三元鋰電池相比具備一定優(yōu)勢，但與磷酸鐵鋰電池相比卻是互有參差。一是在能量密度上，四元鋰電池具有一定優(yōu)勢，磷酸鐵鋰電池盡管接近追平三元鋰電池，但與四元鋰電池相比仍稍遜色；二是在安全性能上，磷酸鐵鋰電池占據(jù)上風；三是在工作溫度上，四元鋰電池的耐高溫極限不如磷酸鐵鋰電池，但磷酸鐵鋰電池的耐低溫極限不如四元鋰電池；四是在加工工藝上，磷酸鐵鋰電池有較為成熟的生產(chǎn)工藝，而四元鋰電池即使有LG新能源這樣的企業(yè)實現(xiàn)量產(chǎn)，但在生產(chǎn)工藝上仍有難題待解，而且尚沒有形成相關(guān)的工藝技術(shù)標準。
此外，量產(chǎn)風聲漸近的半固態(tài)電池也將加劇動力電池領(lǐng)域的競爭?！澳壳俺霈F(xiàn)的新趨勢，似乎是韓國電池企業(yè)趨向四元鋰電池，國內(nèi)部分企業(yè)則在積極籌備半固態(tài)電池?！标懓渤瘫硎?，相比之下，半固態(tài)電池在能量密度、安全性、壽命、輕便性上更有優(yōu)勢，但四元鋰電池目前在成本方面占據(jù)優(yōu)勢，不過雙方在加工工藝上都還存在沒有徹底解決的問題。
即使還有一些技術(shù)難題尚未完全解決，但已有一些電池企業(yè)出于市場利益的考慮在布局四元鋰電池。在國外，除了LG新能源已經(jīng)開始量產(chǎn)，還有三星SDI、韓國SKI等電池企業(yè)正在積極布局四元鋰電池。SKI方面表示，將于2023年為福特F-150電動皮卡提供其首款非常接近四元鋰電池的高鎳低鈷NCM9電池。
國內(nèi)也有多家企業(yè)在布局四元鋰電池。其中，長城汽車旗下的蜂巢能源已發(fā)布了四元鋰電池樣品，在提高安全性的同時，能做到較高的能量密度；鋰電池材料企業(yè)格林美已完成了四元前驅(qū)體量產(chǎn)的技術(shù)準備；另一家原材料供應(yīng)商華友鈷業(yè)也在積極布局相關(guān)材料項目。
在動力電池發(fā)展技術(shù)路線方面，除了走‘3＋1’路線的四元鋰電池之外，目前業(yè)界還在探索多種技術(shù)路線，例如石墨烯電池、固態(tài)電池、氯離子電池、鈉離子電池、無鈷電池等。究竟誰能成為下一代動力電池的主流路線，目前尚難以斷言。最核心的是要看動力電池的性能、安全、壽命、成本、便利性等方面，更具優(yōu)勢者將脫穎而出，成為未來的爆款動力電池。中國能源報，格隆匯
