動力電池技術路線之爭

張碩

關于動力電池技術路線的爭議由來已久，特別是在2016年達到一個熱點。

2016年年初，工信部出于對動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用推薦車型目錄，因為三元材料動力鋰離子電池與磷酸鐵鋰動力鋰離子電池相比，存在較大的安全風險，用于客車的安全性開發和驗證還不夠，一旦發生事故，可能帶來嚴重后果。

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。究竟哪種動力電池更安全、更具優勢？

目前在國內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，原料價格低且磷、鐵存在于地球的資源含量豐富。同時，工作電壓適中（3.2V）、單位重量下電容量大（170mAh/g）、高放電功率、可快速充電且循環壽命長，在高溫與高熱環境下的穩定性高。

磷酸鐵鋰電極材料是目前最安全的鋰離子電池正極材料，加上其循環壽命達到2000次以上，標準充電（5小時率）使用，可達到2000次的循環性特點，再加上由于產業成熟而帶來的價技術門檻的下降，使得很多廠商出于各種因素考慮都會采用磷酸鐵鋰電池。

但磷酸鐵鋰存在一些性能上的缺陷，如振實密度與壓實密度很低，導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。它還有一個致命性的缺點，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），負極是石墨的鋰電池。三元復合正極材料前驅體產品，是以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料，里面鎳鈷錳的比例可以根據實際需要調整。

它的能量密度高，循環性能好于正常鈷酸鋰。目前，隨著配方的不斷改進和結構完善，電池的標稱電壓已達到3.7V，在容量上已經達到或超過鈷酸鋰電池水平。

問題在于，三元鋰材料會在更低的200攝氏度左右發生分解，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反應更加劇烈，會釋放氧分子，在高溫作用下電解液迅速燃燒，發生連鎖反應。它實際考驗的是廠商在過充保護（OVP）、過放保護（UVP）、過溫保護（OTP）、過流保護（OCP）這幾個環節上的水平高低。

2015年2月，當時科技部發布了《國家重點研發計劃新能源汽車重點專項實施方案》，方案中明確要求2015年底轎車動力電池能量密度要達到200Wh/kg（三元動力電池的能量密度為190wh/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向三元鋰電池。

還有一種正極是三元，負極是鈦酸鋰的，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勢。

在2016年11月舉行的智電汽車投資者大會上，華霆動力CEO周鵬將幾類電池比作人的五個手指頭，各有優劣，在具體應用上側重的維度不同。

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

清華大學機械工程學院汽車工程系教授陳全世認為，每類電池都有優缺點，沒有最佳，只有更佳，關鍵是找到合適的市場定位，不同的品質、不同的規格適應不同的需要。對于電廠家來說，不斷提高產品性能、可靠性、壽命，不斷降低成本，這樣才能在市場上立足。

至于純電動汽車著火，陳全世表示，并不完全是電池材料導致的。材料對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為，今后的趨勢是要有新技術支撐電池的所有性能均衡發展，同時降低成本，解決用戶的痛點。

從政策層面看，國家并未明確表態側重何種動力電池技術路線，但高能量密度低成本動力電池已成為重點發展方向，在《中國制造2025》重點領域技術路線圖中，為動力電池系統設定的發展目標為“電池單體比能量達到400Wh/kg以上，成本降至0.8元/Wh；系統成本降至1元/Wh”。

同樣在2015年12月科技部印發的《“新能源汽車”試點專項》中，高比能量鋰離子電池技術也被重點提及，項目考核指標設定為“電池單體能量密度≥300Wh/kg，循環壽命≥1500次，成本≤0.8元/Wh”。

2016年10月，工信部主導制定的《節能與新能源汽車產業發展規劃（2012-2020年）》中明確提出，到2020年動力整車電池模組比能量要達到260Wh/kg。

在現有的材料體系的大框架下，磷酸鐵鋰動力電池電芯的能量密度已經缺乏大幅度提升空間，達到上述要求并不容易。從目前發展情況看，三元材料能量密度優勢更明顯。

2017年1月1日起，新申請《新能源汽車推廣應用推薦車型目錄》的使用三元電池的客車，需補交第三方檢測報告。這被認為是恢復了三元鋰電池客車申請新能源推薦目錄的資格。

發展高能量密度動力電池體系已經成為國際主流趨勢。三星、LG和松下則早已將三元材料作為主攻方向。

在國家對新能源乘用車續航里程要求越來越高的背景下，2016年下半年很多企業已經紛紛開始布局三元電池項目，如邦普集團投資12.26億元，建年產3.5萬噸三元前驅體項目；智慧能源增資福斯特31.14億元，擴產高端三元鋰電生產線；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體產線，聯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，但是也一直在進行三元電池的研發及技術儲備，其新能源車型“唐”已開始應用三元鋰電池。國內很多新能源汽車生產企業也開始轉投三元鋰電池領域。

不難發現，近兩年不少整車廠和零部件巨頭也意識到電池的巨大發展前景，通過入股或收購的方式在電池領域進行布局。

像博世并購的美國電池企業Seeo，其核心競爭力是聚合物為基礎的固態鋰電池。周鵬建議國內的企業應該在這類材料、工藝、設備上有優勢的企業上做好策略上的準備，在下一輪的洗牌時才會占據更有利的地位。