動(dòng)力電池技術(shù)路線之爭

張碩

關(guān)于動(dòng)力電池技術(shù)路線的爭議由來已久，特別是在2016年達(dá)到一個(gè)熱點(diǎn)。

2016年年初，工信部出于對(duì)動(dòng)力電池安全問題的考慮，明確表示暫停三元鋰電池客車列入新能源汽車推廣應(yīng)用推薦車型目錄，因?yàn)槿牧蟿?dòng)力鋰離子電池與磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰離子電池相比，存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，用于客車的安全性開發(fā)和驗(yàn)證還不夠，一旦發(fā)生事故，可能帶來嚴(yán)重后果。

由于材料不同，鋰離子電池可分為磷酸鐵鋰、三元鋰（即鎳鈷錳酸鋰）、鈷酸鋰、鎳酸鋰、鈦酸鋰、錳酸鋰等多種類型。究竟哪種動(dòng)力電池更安全、更具優(yōu)勢(shì)？

目前在國內(nèi)市場上的乘用車主要采用磷酸鐵鋰電池，它是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池，其特色是不含鈷等貴重元素，原料價(jià)格低且磷、鐵存在于地球的資源含量豐富。同時(shí)，工作電壓適中（3.2V）、單位重量下電容量大（170mAh/g）、高放電功率、可快速充電且循環(huán)壽命長，在高溫與高熱環(huán)境下的穩(wěn)定性高。

磷酸鐵鋰電極材料是目前最安全的鋰離子電池正極材料，加上其循環(huán)壽命達(dá)到2000次以上，標(biāo)準(zhǔn)充電（5小時(shí)率）使用，可達(dá)到2000次的循環(huán)性特點(diǎn)，再加上由于產(chǎn)業(yè)成熟而帶來的價(jià)技術(shù)門檻的下降，使得很多廠商出于各種因素考慮都會(huì)采用磷酸鐵鋰電池。

但磷酸鐵鋰存在一些性能上的缺陷，如振實(shí)密度與壓實(shí)密度很低，導(dǎo)致鋰離子電池的能量密度較低；材料的制備成本與電池的制造成本較高，電池成品率低，一致性差。它還有一個(gè)致命性的缺點(diǎn)，那就是低溫性能較差，即使將其納米化和碳包覆也沒有解決這一問題。

所謂三元材料鋰電池是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰（Li（NiCoMn）O2），負(fù)極是石墨的鋰電池。三元復(fù)合正極材料前驅(qū)體產(chǎn)品，是以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料，里面鎳鈷錳的比例可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整。

它的能量密度高，循環(huán)性能好于正常鈷酸鋰。目前，隨著配方的不斷改進(jìn)和結(jié)構(gòu)完善，電池的標(biāo)稱電壓已達(dá)到3.7V，在容量上已經(jīng)達(dá)到或超過鈷酸鋰電池水平。

問題在于，三元鋰材料會(huì)在更低的200攝氏度左右發(fā)生分解，而磷酸鐵鋰材料是在800攝氏度左右。并且三元鋰材料的化學(xué)反應(yīng)更加劇烈，會(huì)釋放氧分子，在高溫作用下電解液迅速燃燒，發(fā)生連鎖反應(yīng)。它實(shí)際考驗(yàn)的是廠商在過充保護(hù)（OVP）、過放保護(hù)（UVP）、過溫保護(hù)（OTP）、過流保護(hù)（OCP）這幾個(gè)環(huán)節(jié)上的水平高低。

2015年2月，當(dāng)時(shí)科技部發(fā)布了《國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃新能源汽車重點(diǎn)專項(xiàng)實(shí)施方案》，方案中明確要求2015年底轎車動(dòng)力電池能量密度要達(dá)到200Wh/kg（三元?jiǎng)恿﹄姵氐哪芰棵芏葹?90wh/kg，磷酸鐵鋰電池的能量密度為120wh/kg。），這使得眾多車企將目光紛紛轉(zhuǎn)向三元鋰電池。

還有一種正極是三元，負(fù)極是鈦酸鋰的，通常被稱為“鈦酸鋰”，不屬于普通所說的“三元材料”電池。鈦酸鋰的能量密度不如常規(guī)的磷酸鐵鋰電池和三元電池好，但充放電性能、低溫性能和安全性能更具優(yōu)勢(shì)。

在2016年11月舉行的智電汽車投資者大會(huì)上，華霆?jiǎng)恿EO周鵬將幾類電池比作人的五個(gè)手指頭，各有優(yōu)劣，在具體應(yīng)用上側(cè)重的維度不同。

每一類電池都有其合適的應(yīng)用市場。比如乘用車的電池重量和體積都受很大限制，對(duì)續(xù)航里程有更高的要求，所以適合用密度能量高的材料；客車、物流車對(duì)電池重量體積要求不那么突出，價(jià)錢便宜、可用性高、壽命長的電池就是很好的選擇；對(duì)于有固定路線的公交系統(tǒng)而言，更適合采用充電速度快、循環(huán)充放電次數(shù)高的鈦酸鋰電池。

清華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車工程系教授陳全世認(rèn)為，每類電池都有優(yōu)缺點(diǎn)，沒有最佳，只有更佳，關(guān)鍵是找到合適的市場定位，不同的品質(zhì)、不同的規(guī)格適應(yīng)不同的需要。對(duì)于電廠家來說，不斷提高產(chǎn)品性能、可靠性、壽命，不斷降低成本，這樣才能在市場上立足。

至于純電動(dòng)汽車著火，陳全世表示，并不完全是電池材料導(dǎo)致的。材料對(duì)安全性的影響不超過15%，更重要是后面制造、一致性和使用導(dǎo)致的，30%的車輛著火是充電充壞了，另外40%、50%是由于制造不均勻造成的。

從整車廠的角度來看，北汽新能源總工程師陳平認(rèn)為，今后的趨勢(shì)是要有新技術(shù)支撐電池的所有性能均衡發(fā)展，同時(shí)降低成本，解決用戶的痛點(diǎn)。

從政策層面看，國家并未明確表態(tài)側(cè)重何種動(dòng)力電池技術(shù)路線，但高能量密度低成本動(dòng)力電池已成為重點(diǎn)發(fā)展方向，在《中國制造2025》重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)路線圖中，為動(dòng)力電池系統(tǒng)設(shè)定的發(fā)展目標(biāo)為“電池單體比能量達(dá)到400Wh/kg以上，成本降至0.8元/Wh；系統(tǒng)成本降至1元/Wh”。

同樣在2015年12月科技部印發(fā)的《“新能源汽車”試點(diǎn)專項(xiàng)》中，高比能量鋰離子電池技術(shù)也被重點(diǎn)提及，項(xiàng)目考核指標(biāo)設(shè)定為“電池單體能量密度≥300Wh/kg，循環(huán)壽命≥1500次，成本≤0.8元/Wh”。

2016年10月，工信部主導(dǎo)制定的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012-2020年）》中明確提出，到2020年動(dòng)力整車電池模組比能量要達(dá)到260Wh/kg。

在現(xiàn)有的材料體系的大框架下，磷酸鐵鋰動(dòng)力電池電芯的能量密度已經(jīng)缺乏大幅度提升空間，達(dá)到上述要求并不容易。從目前發(fā)展情況看，三元材料能量密度優(yōu)勢(shì)更明顯。

2017年1月1日起，新申請(qǐng)《新能源汽車推廣應(yīng)用推薦車型目錄》的使用三元電池的客車，需補(bǔ)交第三方檢測(cè)報(bào)告。這被認(rèn)為是恢復(fù)了三元鋰電池客車申請(qǐng)新能源推薦目錄的資格。

發(fā)展高能量密度動(dòng)力電池體系已經(jīng)成為國際主流趨勢(shì)。三星、LG和松下則早已將三元材料作為主攻方向。

在國家對(duì)新能源乘用車?yán)m(xù)航里程要求越來越高的背景下，2016年下半年很多企業(yè)已經(jīng)紛紛開始布局三元電池項(xiàng)目，如邦普集團(tuán)投資12.26億元，建年產(chǎn)3.5萬噸三元前驅(qū)體項(xiàng)目；智慧能源增資福斯特31.14億元，擴(kuò)產(chǎn)高端三元鋰電生產(chǎn)線；橫店東磁豪擲30億元布局三元鋰電池；格林美收購三元前驅(qū)體產(chǎn)線，聯(lián)手邦普布局三元鋰電池等。

此前，比亞迪上市的全部車型使用的都是磷酸鐵鋰電池，但是也一直在進(jìn)行三元電池的研發(fā)及技術(shù)儲(chǔ)備，其新能源車型“唐”已開始應(yīng)用三元鋰電池。國內(nèi)很多新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)也開始轉(zhuǎn)投三元鋰電池領(lǐng)域。

不難發(fā)現(xiàn)，近兩年不少整車廠和零部件巨頭也意識(shí)到電池的巨大發(fā)展前景，通過入股或收購的方式在電池領(lǐng)域進(jìn)行布局。

像博世并購的美國電池企業(yè)Seeo，其核心競爭力是聚合物為基礎(chǔ)的固態(tài)鋰電池。周鵬建議國內(nèi)的企業(yè)應(yīng)該在這類材料、工藝、設(shè)備上有優(yōu)勢(shì)的企業(yè)上做好策略上的準(zhǔn)備，在下一輪的洗牌時(shí)才會(huì)占據(jù)更有利的地位。