钜大LARGE | 点击量：436次 | 2021年12月28日
磷酸铁锂回潮，但高端动力锂电池仍是行业努力方向
2021年以来动力锂离子电池行业的一些新变化引人瞩目，尤其是磷酸铁锂离子电池的回潮。2021年五月和七月开始，我国市场上磷酸铁锂离子电池产量和装车量开始超过三元锂离子电池。三季度以来，磷酸铁锂离子电池增速持续超过三元锂离子电池。
包括特斯拉、蔚来、小鹏在内的造车新势力，以及广汽埃安等传统车企的标准续航或者低续航车型都开始采用磷酸铁锂离子电池。比亚迪今年四月更是宣布旗下电动汽车将全部采用磷酸铁锂刀片电池。一时间，似乎磷酸铁锂离子电池将取代三元锂离子电池重新成为市场主流。
但磷酸铁锂离子电池“卷土重来”只是硬币的一面。电动汽车市场是多样化的，不同车企的技术路线和产品开发策略也不尽相同，用户有关续航里程的需求和使用环境更是千差万别。因此，磷酸铁锂和三元锂离子电池仍有各自不同的市场。
从动力锂离子电池的发展历程来看，磷酸铁锂和三元锂都属于第二代动力锂离子电池（一般认为第一代是锰酸锂离子电池，下一代也就是第三代动力锂离子电池将是全固态电池）。第二代电池的发展过程基本上是从磷酸铁锂到三元锂，再到完全不含钴的镍酸锂，能量密度逐渐提升，充放电倍率更高，安全性也不断改善，成本则不断下降。
EV世纪认为，至少到2025年，磷酸铁锂和三元锂仍将是动力锂离子电池两条重要的技术路线，但使用场景和适用车型会有差别。在车企的产品组合中，续航里程更长的中高端车型将会更多搭载三元锂离子电池。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
成本因素让磷酸铁锂离子电池“卷土重来”
据我国汽车动力锂离子电池产业创新联盟的数据，产量方面，2021年九月，磷酸铁锂离子电池产量为产13.5GWh，同比上升252.0%；三元锂离子电池产量9.6GWh，同比上升102.6%。1-九月，磷酸铁锂离子电池累计产量71.6GWh，同比累计上升291.4%。三元锂离子电池产量6.3GWh，同比上升131.1%。
从装车量来看，九月，三元锂离子电池装车6.1GWh，同比上升45.6%；磷酸铁锂离子电池装车9.5GWh，同比上升309.3%。1-九月，三元电池装车量累计47.1GWh,占比51.2%，同比累计上升99.5%；磷酸铁锂离子电池装车量累计44.8GWh,占比48.7%，同比累计上升332.0%。
磷酸铁锂离子电池的回潮有多种因素，但重要的诱因是主机厂降成本。由于补贴逐渐退坡并将最终退出，而“双碳”目标倒逼车企加大电动汽车销售力度，因此，主机厂普遍面对降低电动汽车成本的压力，使之能与传统内燃机汽车相竞争。
另一方面，磷酸铁锂离子电池技术过去几年也有提升，再加上CTP等结构创新技术优化了电池包的内部结构，使系统能量密度出现较大幅度的提升，在一定程度上弥补它的短板。
十月十二日，在我国电动汽车百人会主办的2021全球新能源与智能汽车供应链创新大会上，我国电子科技集团公司第十八研究所研究员肖成伟表示，从2020年纯电动乘用车电池系统能量分布来看，140-160Wh/kg中很大一部分是磷酸铁锂离子电池，160Wh/kg以上以三元电池为主。目前低成本的纯电动汽车以磷酸铁锂离子电池为主，高性能车以三元锂离子电池为主。但现在有一部分高端车型采用磷酸铁锂技术路线，也有一些车企在探索将三元锂和磷酸铁锂离子电池混用的方向。
高镍三元锂离子电池仍是高端车型主流技术路线
虽然过去几个月磷酸铁锂离子电池的风头盖过了三元锂离子电池，但磷酸铁锂离子电池一些固有缺陷仍无法从根本上解决，比如能量密度的天花板比较低，目前搭载磷酸铁锂离子电池的纯电动汽车的NEDC续航里程基本上可以达到600km，再往上发展的空间已经很小。因此，单次充电续航700km及以上的纯电动汽车只能使用三元锂离子电池。
此外，磷酸铁锂离子电池低温性能差、SoC不精确、充电速度慢等难题依靠自身也无法解决，用在中低端的经济型车上，用户体验也不好。
一个非常典型的例子是极为重视用户体验的蔚来正在探索将磷酸铁锂和三元锂混装的技术方法。据公开信息，这款混装电池包的重要性能较磷酸铁锂离子电池有提升，但仍然达不到三元锂离子电池的水平，实际的用户体验尚待观察。为了给用户更多选择，蔚来在供应75kWh磷酸铁锂和三元锂混装电池的同时，也供应100kWh三元锂离子电池。
不仅是蔚来，近期上市的一些中高端车型，比如极氪001、岚图Free、极狐阿尔法S等都采用了三元锂离子电池。因此，在电动汽车消费升级的背景下，以三元锂为代表的高端电池仍有很大发展空间。
此外，从电池技术本身发展趋势来看，从磷酸铁锂到三元锂、再到固态/半固态、锂硫、锂空气电池等不断演进的技术路线仍是电池行业未来发展的方向。虽然在某个阶段的技术发展可能会有反复，但总体的前进方向不会改变。
升镍降钴，新一代NCMA材料更均衡
何谓高端动力锂离子电池？EV世纪认为，同时满足高能量密度（长续航）、高安全性、快充等技术要求，同时降低对钴等稀有金属元素的依赖，并且，成本上还要可负担。
综合一些高端车型的电池方法、主机厂和电池公司的技术路线以及专家观点判断，未来3-5年，高镍正极+硅碳负极仍是高端电池的主流技术路线。比如，宝马iX3、奥迪e-tron、保时捷Taycan、沃尔沃XC90PHEV等搭载了高镍低钴的三元电池。
十月十二日，在我国电动汽车百人会主办的2021全球新能源与智能汽车供应链创新大会上，我国电池工业协会副理事长黄学杰指出，由于全球钴资源越来越少，因此，动力锂离子电池降钴是大趋势。
虽然大方向都是高镍低钴，但重要动力锂离子电池公司的技术路线选择并不相同。例如，韩国电池公司已在三元的基础上进一步升镍降钴，将镍的比例提升至90%上下。
高镍意味着钴和锰的比例降低，低钴甚至无钴会对电池的内部结构和性能出现新的影响，因此，要对正极材料进行调整，比如NCMA的四元方法，或者是完全去钴之后再掺杂一些其他材料。
LG新能源主推的是NCMA四元电池，据了解其正极材料镍含量达到88%，钴的比例则降至5%，加入铝可以抑制钴元素的不稳定杂质生成。负极材料为包覆了硅碳层的石墨。这种材料体系在提高能量密度并降低成本的同时，确保充放电速度和效率。
这种四元电池的系统能量密度达到300Wh/kg以上，搭载这种电池的电动汽车一次充电可续航650公里（WLTP工况），充电效率也大幅提升，充电5分钟可行驶280公里。
此外，高安全隔膜，应用人工智能和深度学习技术的智能BMS，通过OTA实现的大数据和安全诊断算法结果的传送，以及实时优化的安全监控和预警，应用最新安全技术的模组与CTP高集成设计等手段也确保了它的安全性和可靠性。
SKI（已更名为SKOn）也是全球最先量产高镍三元电池的公司之一，目前已经量产NCM811三元电池。SKI也计划2022年开始在全球量产镍含量更高的NCM9/0.5/0.5电池，其能量密度将比该公司目前的NCM三元电池280-290Wh/kg的能量密度更高，预计将超过310Wh/kg。从充电速度来看，充10分钟可实现400公里续航里程。
三星SDI的高镍三元路线似乎将重点放在了NCA上。外媒此前报道称，三星SDI正在与EcoProBM共同研发镍含量达92%的NCA正极材料，并以此开发能量密度更高的三元锂动力锂离子电池。
同样都是高镍体系材料，三元的NCM/NCA和四元的NCMA有何不同？宁波容百新能源科技股份有限公司总裁助理佘圣贤告诉EV世纪，高镍四元材料与三元材料相差不大，但在热稳定性方面要好一点，从而有助于进一步提高安全性和循环寿命。宁波容百是专注于电池正极材料研发的一家公司。该公司目前正在开发Ni90体系的正极材料，已进入小批量量产阶段，同时，Ni96体系材料也在开发中，预计2022年实现量产。
肖成伟表示，在高镍NCM材料基础上进一步优化组分的NCMA多元材料具备高容量、长循环和高安全性的特点。他也进一步解释了高镍NCM、NCA和NCMA三种材料的特点。
高镍NCM材料虽然具有较高的放电容量，但循环过程中过渡金属元素溶解并迁移到负极表面造成SEI膜的破坏与生长，会对其循环性能造成较大的负面影响。
高镍NCA材料虽然比NCM材料具有更好的循环性能和更低的Li/Ni混排程度，并且因为Al元素在抑制过渡金属元素溶解和不可逆相变方面的效果要好于高镍NCM材料，但NCA材料在长期循环中二次颗粒的粉化和破碎问题比高镍NCM材料更严重。
高镍NCMA材料通过在高镍NCM材料中引入一定Al元素，在兼具二者优点的同时，能够有效抑制各自的缺点，实现材料性能的最优化。在NCMA材料中，Al和Mn的共掺杂不仅能够抑制过渡金属元素的溶出及其后续对负极表面SEI膜的破坏，有效减少层状材料的体积膨胀，抑制二次颗粒内部裂纹的出现，减少循环过程中二次颗粒粉化程度，还显著改善了一次颗粒之间的晶界强度，提高了颗粒的耐压性能，能够进一步提升材料长期循环的颗粒结构稳定性、此外，因为Al-0键的强度比Mn-0键的强度更高，Al的引入提高了材料的热稳定性，NCMA材料应用到电池中能体现出更好的安全性能。
