导读（dú）

　　新能源汽车退补，磷酸铁锂卷土重来，市场（chǎng）份额越发扩大，上（shàng）游材料六氟（fú）磷酸锂价格暴涨。如果没有当初的补贴（tiē）政策，现（xiàn）在（zài）中国市场（chǎng）上的格局如（rú）何（hé）？比亚迪（dí）是否能（néng）维持第一（yī）？宁（níng）德时代是否还有现在（zài）的江（jiāng）湖？同时磷酸铁锂电（diàn）池已不（bú）再是当初的磷酸铁锂（lǐ）电池，顺着技（jì）术进步，从（cóng）磨刀（dāo）霍霍的刀片到喜气洋（yáng）洋的L600“6条”，从结构到性能上（shàng）不断提升；而（ér）三元亦非当（dāng）年的523，已经622、811甚至（zhì）955了，形态也（yě）从苗条的18650到胖乎乎的4680或者从方（fāng）头方脑的VDA355到MEB590直至CTP、CTC了。仔细分析研究后发现这些技术（shù）创新大（dà）致可分两类（lèi）：1、结构与系统（tǒng）集成的创新（xīn）；2、材料创新（xīn）。上一篇我（wǒ）们谈过结构与系统集成的（de）创新，这（zhè）里我们专门（mén）讲材料的创新发展。

　　动力电池通识

　　在描述材料技术发（fā）展路（lù）线（xiàn）之前，我们先说明一些通用（yòng）知（zhī）识，以方便非本专业的读（dú）者（zhě）了解以及对后文表（biǎo）述（shù）的（de）理（lǐ）解。

　　电池主要材料为正（zhèng）极、负极、隔膜、电解液（yè）。正极决定了材（cái）料体系，日常提到（dào）的磷（lín）酸铁锂LFP等均是说正极（jí）材料的主要组成材料，比如国内企业（yè）常见的NCM三元体系是（shì）指镍（Ni）、钴（Co）、锰（Mn）等（děng）金（jīn）属（shǔ）元素的聚合物（wù）电池，NCM523意味着三种（zhǒng）元素的比（bǐ）例关系为50%：20%：30%；负极起着能量的储存（cún）与释放作用，目前（qián）主流为石（shí）墨材料；隔膜（mó）保（bǎo）证（zhèng）了锂（lǐ）离子正常穿（chuān）梭、不让正负极接触而短路（lù），同时决（jué）定着电池的充放电、循环寿命（mìng）、倍率等性能；电解液是电池中离子传输的载体，锂电池主要使用的电解质有高氯酸锂、六氟磷酸锂等。对（duì）车用动（dòng）力（lì）电池来说，主要发展在于以保（bǎo）障锂电池的安全（quán）性为前提，提升能（néng）量（liàng）密度、低温放电、快充、循环寿（shòu）命等性能指标。

　　目（mù）前一般A级纯电（diàn）动车（chē）带电50kWh左右，未来大部（bù）分电动车一（yī）定会配备相（xiàng）当（dāng）程度的智能系统，推算纯（chún）电动乘用车Pack电量要求会提升，2025年（nián）每辆（liàng）车搭（dā）载75kWh以上，2030年（nián）每辆（liàng）车搭载（zǎi）75-115kWh。未来汽车的智能（néng）系统（tǒng）部（bù）分还（hái）会提升对电量要求，电（diàn）池成（chéng）本又要在整车中占比下降至（zhì）40%以下，也就（jiù）是说（shuō）相同的续驶里程，未来价格应为现有价格（gé）的一半左（zuǒ）右。正是因为（wéi）这（zhè）些商业（yè）成功的因素（sù）左右，动力电池技术一直不断在创新（xīn），创（chuàng）新将会伴随始终。市场中的各路玩家，想要走得更远（yuǎn），享受（shòu）新能（néng）源汽（qì）车市场中诱人的份额，成本控（kòng）制的功课时刻考验，目前（qián）头（tóu）部企业也必须跟上材料体系的创新。仔细研究后发现这（zhè）些年动力电池除了结构与系（xì）统集（jí）成的创（chuàng）新外，材料主（zhǔ）线依然是磷酸铁（tiě）锂VS三元（yuán）锂以及少钴无（wú）钴化（huà）趋势，其他（tā）钠电（diàn）池、固态电池等都刚刚从中试走向批量阶（jiē）段（duàn），商（shāng）业化成熟还需各（gè）自的生态体系（xì）建设（shè）和市场（chǎng）验证，可（kě）以（yǐ）做其他专（zhuān）题来分解。

　　磷酸铁锂电池VS三元锂电

　　从（cóng）2009年新能源汽车发（fā）展至今，12年期间，三（sān）元锂电池和磷酸铁锂电池一直是相爱相杀（shā）。说其相爱是因（yīn）为两种技术路线一直在共同（tóng）成长，说（shuō）其相（xiàng）杀是因为两种路线在成长过程（chéng）中是此（cǐ）起彼伏的关系。今年来磷酸铁锂电池一路攻城陷（xiàn）地，自（zì）7月首次交（jiāo）叉之后，磷酸（suān）铁锂与三（sān）元锂电（diàn）池（chí）的装机（jī）量（liàng）剪刀差就不断扩大，到2021年10月，我国（guó）动（dòng）力电池（chí）装（zhuāng）机量达到15.4GWh，其中（zhōng）三元锂装车7.0GWh，磷酸铁（tiě）锂装车8.4GWh，占比分别为45.5%和54.5%，而在2020年，磷（lín）酸铁锂的占（zhàn）比（bǐ）仅（jǐn）有16.3%。作为动力电池最核心的两（liǎng）条技（jì）术路线，三元锂和磷酸铁锂在中国市场已绞（jiǎo）杀多年，并且轮流坐庄。

　　2021年以（yǐ）来（lái）两种动力电池（chí）装机量变化

　　对此有很（hěn）多（duō）人从政策、成本等角度进行了分析并对（duì）未（wèi）来做（zuò）出预判。作为动（dòng）力电池行业的（de）实（shí）践（jiàn）与研究（jiū）者，笔者曾经在工作经（jīng）历中使用磷酸（suān）铁锂电池（chí）大批量装（zhuāng）车并（bìng）负责运营（yíng），也曾（céng）经从（cóng）公司（sī）实际经营角度（dù）果断叫停磷酸铁锂全面切（qiē）换三元（yuán）锂电（diàn）池主攻乘用车（chē）并（bìng）取（qǔ）得很好（hǎo）业绩。本文尝试着从政策、成本（běn）、电动（dòng）车发展趋势、技术进（jìn）步、企业经营（yíng）等（děng）多维度进行解读。

　　政策层（céng）面（miàn）：磷酸铁（tiě）锂电池自（zì）2008年起，就凭借其成本相对较低的优（yōu）势（shì）在（zài）我（wǒ）国动力电池市场中占据了主流地（dì）位，2016全年磷（lín）酸铁锂（lǐ）电池凭借19.98GWh的装机量曾一度拿下73%的市场份额。2016年后国家颁（bān）布了新能源补贴政策（cè），将能量密度纳入考核，然后（hòu）才有能量密（mì）度（dù）更高（gāo）的三（sān）元锂（lǐ）电池强势（shì）崛起，在（zài）2018年的（de）动力电池装机量上，三元锂电池以58.17%的份（fèn）额（é）首次实（shí）现超越，而（ér）磷酸铁锂（lǐ）该年（nián）度占比（bǐ）则跌落至39%。

　　综合成本层面：在（zài）价（jià）格方（fāng）面，当下NCM811三元锂电池的（de）未税价要0.9-1.0元/Wh，而磷（lín）酸（suān）铁锂电池未税价是0.6-0.7元/Wh。能量（liàng）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（àn）照“续航里程（chéng）-能量（liàng）密度-成（chéng）本”公式计算，在单车续航里程相同的情况下，磷酸铁（tiě）锂电池比三元锂电池有很（hěn）大的经济（jì）性优势。在（zài）性能方面，两者各有（yǒu）千秋。三元锂电池的（de）优势是低温下性能（néng）稳定，但循环寿命较（jiào）短，安全性较差，尤其是高镍三元锂电池，不乏（fá）起火事（shì）件。磷酸（suān）铁锂电池在低温下性（xìng）能衰退快（kuài），但（dàn）循环寿命长，安全性好。

　　技术进步与电动车销售层（céng）面：从去年开始随着宁德时代CTP方案、比亚迪与蜂巢能源的LCTP方案的推出，使得磷酸铁（tiě）锂（lǐ）电（diàn）池包的整体能量密度得到了（le）提高，在中（zhōng）高端乘用车的使用已经没有障碍，从（cóng）公告来看，各品牌车型都（dōu）推（tuī）出了磷酸（suān）铁锂版，业内笑（xiào）称集体放弃高寒地区市场（chǎng）主攻目标市（shì）场。今（jīn）年以五菱宏（hóng）光MINI EV为代表的（de）微车销售大增，五（wǔ）菱单一型号的年产销就（jiù）将达（dá）到（dào）45万台，单此（cǐ）就消耗5GWh磷（lín）酸铁锂（lǐ）电池（chí），造成特别有趣的现象：今（jīn）年磷酸铁锂比三（sān）元最后增（zēng）加（jiā）的量可能就是五菱宏光（guāng）MINI EV的消（xiāo）耗量。可预见的未来（lái）几（jǐ）年中，微车销量增速会远高于中（zhōng）高（gāo）端电动乘用（yòng）车，我预判2025年（nián）微车年销量将突（tū）破500万辆，2030年（nián）前将突破1000万辆。所以磷（lín）酸铁锂（lǐ）电池销（xiāo）量上涨增速仍然不减。

　　企业经营层面：三（sān）元（yuán）电池的投入产出比要远（yuǎn）高于磷酸铁锂电池，按笔者实际经营过的1.5GWh锂电产线对比计算：固定（dìng）投（tóu）入与人（rén）员投入都是相同的，在设（shè）备的生产节奏固定的前提下，每年（nián）磷酸铁（tiě）锂电池（chí）的产值只（zhī）有（yǒu）三元电池的60-65%。因（yīn）此单体电池做大容量是磷酸（suān）铁锂（lǐ）路线的必然选择，这样可以提升经营（yíng）效率（lǜ）。

　　蔚来的三元铁锂综合（hé）应（yīng）用（yòng）方案可能成为（wéi）主流

　　蔚来的（de）“三元铁锂”方案（àn）是一种有创（chuàng）意的有效综合方案，对此有借鉴作（zuò）用：电池包以磷酸铁锂电芯为主，但在电池包（bāo）的四角，则（zé）换装了三元（yuán）锂（lǐ）电芯。既（jì）然磷酸铁锂「怕低温」，那么就（jiù）把（bǎ）容易处（chù）于低温的位置换成「不怕低温」的三（sān）元锂。为了校准全新（xīn）电池包的整（zhěng）体SoC，蔚（wèi）来（lái）用三元（yuán）锂作（zuò）为标尺，实时校（xiào）准磷酸铁锂在平台段的（de）SoC；在高低段利用磷酸铁锂的优势，校准（zhǔn）三（sān）元锂的SoC，为（wéi）此（cǐ）开发了双体系SoC算（suàn）法，充分利（lì）用三元铁锂双（shuāng）体系的（de）优（yōu）势（shì）。

　　蔚来三元铁锂电池包中电芯布局

　　无钴电池技术（shù）进（jìn）展

　　无钴电池的发展，要从“少钴”入手。钴元素（sù）在正极材料里起（qǐ）到结构稳定剂的作用（yòng），但根据特（tè）斯拉Jeff Dahn团队（duì）的（de）研究，高镍含钴电池中钴的作用较（jiào）小并可（kě）以被替代：(1)当镍含量超过90%时，钴对容量保持率几乎没有贡（gòng）献（xiàn）；(2)用铝或者猛（měng）替（tì）代钴也是（shì）可以（yǐ）起到稳（wěn）定剂的作用（yòng）；(3)掺（chān）入铝（lǚ）或者锰也可以抑制（zhì）相变（biàn），改（gǎi）善循环性能。用以代（dài）替钴元素（sù）的（de）其他化学元（yuán）素引入主要是通过离子掺杂等方式实现的，在多种开发路径中有（yǒu）如（rú）下几个（gè）主要尝试：

　　以LG化学NCMA四元锂电（diàn）池为例，LG化学遵循（xún）去钴提镍研发思路，将NCM和NCA掺（chān）杂而（ér）成四元锂（lǐ）电（diàn）池，正（zhèng）极材料镍含量（liàng）约为85%，钴（gǔ）、锰、铝（lǚ）的含量皆（jiē）为5%，减少钴用（yòng）量的同时添加铝提高安全性（xìng）、增加材料（liào）结构的稳（wěn）定性。

　　松（sōng）下（xià）的（de）目标是提高（gāo）动力电池材料的可持续性（降低正极中的钴含（hán）量）并降低（dī）成本。目前（qián）松下（xià）NCA电池的钴含量低于5%，该公司（sī）正在开发无（wú）钴版本，基于原有的（de）NCA和（hé）NCM两条路线都在往前走。

　　在中国企业（yè）中（zhōng）以（yǐ）蜂巢能源NMx无钴电池为例，基（jī）于已有的正极材料进行改性实现无钴（gǔ）化，通过（guò）多项改性技术提升LNMO性能。目（mù）前已经在层（céng）状LNMO材料的商业推广（guǎng）上已经取得关键进展（zhǎn），2021年7月16日，蜂巢能源在江苏举行了首款无钴电池量产下线仪式，这意味着全球首款（kuǎn）无钴电池走出（chū）实验室, 正式实（shí）现量产, 蜂巢能（néng）源由此成为（wéi）全（quán）球首家突破无钴（gǔ）电池技（jì）术难关, 成功实（shí）现产品量产（chǎn）的（de）动力电（diàn）池企业。

　　在前几天刚结（jié）束的广州国际车展上（shàng），蜂巢能源的无钴电（diàn）池装（zhuāng）在了长城高端轿（jiào）车（chē）品牌沙龙的机甲龙（lóng）全球限量（liàng）版上面（miàn），展示了蜂巢对于无钴（gǔ）电池的（de）坚（jiān）定信心，也表现了长（zhǎng）城汽车（chē）对于无（wú）钴（gǔ）电池内（nèi）部长期测试（shì）后的全面（miàn）认可。

　　蜂（fēng）巢能源相关人（rén）士透露，相比NCM811电池，无钴电（diàn）池材（cái）料成本降低8%-10%，电芯循环超过（guò）3000次，理论能量（liàng）密度可以（yǐ）与三元材料持平，无钴电池还有抗（kàng）过充和（hé）热（rè）稳定性的天（tiān）然（rán）优势，安全性比三元锂电池有明显提高。此外，无钴（gǔ）材（cái）料合成工艺（yì）与常规三元的（de）合成可以共线（xiàn）生产，加上去掉“钴”元素，降本（běn）空间也很（hěn）可观。

　　蜂巢能源（yuán）后续还会从以下六（liù）个方（fāng）面（miàn）继续改进无钴（gǔ）电池：

　　尝试采用其他金属元素掺杂、替代钴金属以及包覆改性无钴正（zhèng）极材料，提（tí）升（shēng）无（wú）钴电池的容量和充放电（diàn）倍率性能；

　　优（yōu）化（huà）材料晶体结构提升无（wú）钴正极材料性能；

　　对传（chuán）统的尖晶石锰酸锂材料、磷（lín）酸铁锂进行掺杂和改性，或者将多种不同（tóng）微观结构的正极材料混合使用进（jìn）一步提升正（zhèng）极材（cái）料（liào）综合充放电（diàn）性（xìng）能；

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

　　从（cóng）系（xì）统设计层面，不（bú）同（tóng）材料类型电芯混用，综合提升（shēng）电池包的能量密度和倍率性能；

　　进一步开发低镍高锰的层状无钴材（cái）料，进一（yī）步降（jiàng）低镍的（de）含量，降低材料成本，打造成本接近磷酸铁锂的无钴层状材料，来进一步扩大层状无钴家（jiā）族成员。

　　钴的影响与（yǔ）无钴族系

　　“钴”在（zài）全球（qiú）存储（chǔ）量（liàng）越有限，意味着被（bèi）替代（dài）的可（kě）能性越大，这正是无钴电池（chí）加速发展的契机（jī）。根据美国（guó）地质勘探局统计，2018年全球钴矿储量为（wéi）690万公吨。超过（guò）70%的（de）钴资源分布在刚果金、澳大利亚两个（gè）国家，中国（guó）钴资源储量仅为全球的1.12%，大（dà）约7.1万吨，属于钴资源（yuán）匮乏的（de）国家。从国家层面来（lái）看，如果要彻底完成交通电动（dòng）化转型，发展可替（tì）代产（chǎn）品，“去钴（gǔ）”已经迫在眉睫。

　　落地到电池企业的生产上，对“钴”有强感知（zhī）的是上游材料价格。近（jìn）几年中国钴的产（chǎn）量随着（zhe）开采而逐渐枯竭，进口的比例逐年增加，使得电池企（qǐ）业得（dé）到（dào）“钴”的（de）成本越来越（yuè）高。“钴”价（jià）居高不下，与动力电池企业降本的大方向背（bèi）道（dào）而驰。以50kWh的A级车来计算，如果按NCM523体（tǐ）系，一辆车大约需（xū）要11公斤钴，如果按年销（xiāo）2000万辆计算的话，需要（yào）22万（wàn）吨钴；换成高镍811体系的（de）话（huà）就只需要一半（bàn），必（bì）须先（xiān）“少钴”，然后“无钴”。无（wú）钴电池家族或者叫做（zuò）广（guǎng）义的（de）无（wú）钴（gǔ）正极材料大（dà）致包括：层状（zhuàng）无钴、尖晶石镍锰酸锂、富锂（lǐ）锰基、磷酸铁锂、磷酸锰酸（suān）锂、锰酸锂等，今后我（wǒ）们统称“泛无钴家族”，如下表：

　　作为主机（jī）厂，虽（suī）然在电池（chí）技术路线上有（yǒu）所偏好，但是不（bú）排斥任何的技（jì）术路线，前提是满足（zú）主（zhǔ）机（jī）厂（chǎng）对于安（ān）全的核心诉求下（xià），平衡成本、续航、长寿命（mìng）等等商业化因（yīn）素。随着搭载无钴电（diàn）池（chí）的整（zhěng）车面世（shì），无钴材料各项性能（néng）得到用户认可，更多的（de）玩家和上下（xià）游企业加入该技（jì）术路线，行业协同效应显（xiǎn）现，无钴电池大规（guī）模应用一定是（shì）趋（qū）势与方向！

　　图示（shì）为中国电动车电池（chí）的（de）发展路线图（资料来（lái）自清华（huá）大学锂离子电池实验（yàn）室）

　　总（zǒng）结

　　三元锂选择高镍无钴，磷（lín）酸铁锂选择CTP、LCTP，都在向着低资源（yuán）依赖低成本的方向发展。结合（hé）新能源汽车发（fā）展的两条（tiáo）主线：电动化与智（zhì）能（néng）网联，笔者判断，追求（qiú）高续航与自动驾驶体验（yàn）的高端（duān）时尚（shàng）乘用（yòng）车，装电量会（huì）不（bú）断（duàn）提升，从（cóng）50kWh提升到（dào）115kWh以上（shàng），更多会（huì）考虑选（xuǎn）择三（sān）元（yuán）高镍无钴电（diàn）池；另外一方（fāng）面实用（yòng）主义者（zhě）用（yòng）车，每年行驶（shǐ）里程不（bú）超一万公里（lǐ），只（zhī）需（xū）要（yào）简单的辅助驾驶，肯（kěn）定将选择磷酸铁锂路（lù）线的电池；介于两者（zhě）之间的体验派（pài）则会忽三元忽铁锂在网（wǎng）上（shàng）发声；商用车几乎（hū）都（dōu）导（dǎo）向磷酸铁锂体系。就算大家对未来推出的半固态与（yǔ）固态电池充满（mǎn）期（qī）待，泛（fàn）无钴（gǔ）材料体（tǐ）系的动力电池赛道都具有明确的确定（dìng）性。

　　（本文作者系吉林大学青岛（dǎo）汽（qì）车研究院副院长、中国汽车工程学会电器技术分会技（jì）术与标（biāo）准专家组特聘（pìn）专家（jiā）顾国洪）