动力电池技术路线之争

张硕

关于动力电池技术路线的争议由来已久，特别是在2016年达到一个热点。

2016年年初，工信部出于对动力电池安全问题的考虑，明确表示暂停三元锂电池客车列入新能源汽车推广应用推荐车型目录，因为三元材料动力锂离子电池与磷酸铁锂动力锂离子电池相比，存在较大的安全风险，用于客车的安全性开发和验证还不够，一旦发生事故，可能带来严重后果。

由于材料不同，锂离子电池可分为磷酸铁锂、三元锂（即镍钴锰酸锂）、钴酸锂、镍酸锂、钛酸锂、锰酸锂等多种类型。究竟哪种动力电池更安全、更具优势？

目前在国内市场上的乘用车主要采用磷酸铁锂电池，它是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池，其特色是不含钴等贵重元素，原料价格低且磷、铁存在于地球的资源含量丰富。同时，工作电压适中（3.2V）、单位重量下电容量大（170mAh/g）、高放电功率、可快速充电且循环寿命长，在高温与高热环境下的稳定性高。

磷酸铁锂电极材料是目前最安全的锂离子电池正极材料，加上其循环寿命达到2000次以上，标准充电（5小时率）使用，可达到2000次的循环性特点，再加上由于产业成熟而带来的价技术门槛的下降，使得很多厂商出于各种因素考虑都会采用磷酸铁锂电池。

但磷酸铁锂存在一些性能上的缺陷，如振实密度与压实密度很低，导致锂离子电池的能量密度较低；材料的制备成本与电池的制造成本较高，电池成品率低，一致性差。它还有一个致命性的缺点，那就是低温性能较差，即使将其纳米化和碳包覆也没有解决这一问题。

所谓三元材料锂电池是指正极材料使用镍钴锰酸锂（Li（NiCoMn）O2），负极是石墨的锂电池。三元复合正极材料前驱体产品，是以镍盐、钴盐、锰盐为原料，里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整。

它的能量密度高，循环性能好于正常钴酸锂。目前，随着配方的不断改进和结构完善，电池的标称电压已达到3.7V，在容量上已经达到或超过钴酸锂电池水平。

问题在于，三元锂材料会在更低的200摄氏度左右发生分解，而磷酸铁锂材料是在800摄氏度左右。并且三元锂材料的化学反应更加剧烈，会释放氧分子，在高温作用下电解液迅速燃烧，发生连锁反应。它实际考验的是厂商在过充保护（OVP）、过放保护（UVP）、过温保护（OTP）、过流保护（OCP）这几个环节上的水平高低。

2015年2月，当时科技部发布了《国家重点研发计划新能源汽车重点专项实施方案》，方案中明确要求2015年底轿车动力电池能量密度要达到200Wh/kg（三元动力电池的能量密度为190wh/kg，磷酸铁锂电池的能量密度为120wh/kg。），这使得众多车企将目光纷纷转向三元锂电池。

还有一种正极是三元，负极是钛酸锂的，通常被称为“钛酸锂”，不属于普通所说的“三元材料”电池。钛酸锂的能量密度不如常规的磷酸铁锂电池和三元电池好，但充放电性能、低温性能和安全性能更具优势。

在2016年11月举行的智电汽车投资者大会上，华霆动力CEO周鹏将几类电池比作人的五个手指头，各有优劣，在具体应用上侧重的维度不同。

每一類电池都有其合适的应用市场。比如乘用车的电池重量和体积都受很大限制，对续航里程有更高的要求，所以适合用密度能量高的材料；客车、物流车对电池重量体积要求不那么突出，价钱便宜、可用性高、寿命长的电池就是很好的选择；对于有固定路线的公交系统而言，更适合采用充电速度快、循环充放电次数高的钛酸锂电池。

清华大学机械工程学院汽车工程系教授陈全世认为，每类电池都有优缺点，没有最佳，只有更佳，关键是找到合适的市场定位，不同的品质、不同的规格适应不同的需要。对于电厂家来说，不断提高产品性能、可靠性、寿命，不断降低成本，这样才能在市场上立足。

至于纯电动汽车着火，陈全世表示，并不完全是电池材料导致的。材料对安全性的影响不超过15%，更重要是后面制造、一致性和使用导致的，30%的车辆着火是充电充坏了，另外40%、50%是由于制造不均匀造成的。

从整车厂的角度来看，北汽新能源总工程师陈平认为，今后的趋势是要有新技术支撑电池的所有性能均衡发展，同时降低成本，解决用户的痛点。

从政策层面看，国家并未明确表态侧重何种动力电池技术路线，但高能量密度低成本动力电池已成为重点发展方向，在《中国制造2025》重点领域技术路线图中，为动力电池系统设定的发展目标为“电池单体比能量达到400Wh/kg以上，成本降至0.8元/Wh；系统成本降至1元/Wh”。

同样在2015年12月科技部印发的《“新能源汽车”试点专项》中，高比能量锂离子电池技术也被重点提及，项目考核指标设定为“电池单体能量密度≥300Wh/kg，循环寿命≥1500次，成本≤0.8元/Wh”。

2016年10月，工信部主导制定的《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》中明确提出，到2020年动力整车电池模组比能量要达到260Wh/kg。

在现有的材料体系的大框架下，磷酸铁锂动力电池电芯的能量密度已经缺乏大幅度提升空间，达到上述要求并不容易。从目前发展情况看，三元材料能量密度优势更明显。

2017年1月1日起，新申请《新能源汽车推广应用推荐车型目录》的使用三元电池的客车，需补交第三方检测报告。这被认为是恢复了三元锂电池客车申请新能源推荐目录的资格。

发展高能量密度动力电池体系已经成为国际主流趋势。三星、LG和松下则早已将三元材料作为主攻方向。

在国家对新能源乘用车续航里程要求越来越高的背景下，2016年下半年很多企业已经纷纷开始布局三元电池项目，如邦普集团投资12.26亿元，建年产3.5万吨三元前驱体项目；智慧能源增资福斯特31.14亿元，扩产高端三元锂电生产线；横店东磁豪掷30亿元布局三元锂电池；格林美收购三元前驱体产线，联手邦普布局三元锂电池等。

此前，比亚迪上市的全部车型使用的都是磷酸铁锂电池，但是也一直在进行三元电池的研发及技术储备，其新能源车型“唐”已开始应用三元锂电池。国内很多新能源汽车生产企业也开始转投三元锂电池领域。

不难发现，近两年不少整车厂和零部件巨头也意识到电池的巨大发展前景，通过入股或收购的方式在电池领域进行布局。

像博世并购的美国电池企业Seeo，其核心竞争力是聚合物为基础的固态锂电池。周鹏建议国内的企业应该在这类材料、工艺、设备上有优势的企业上做好策略上的准备，在下一轮的洗牌时才会占据更有利的地位。