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三元多一元 升镍再降钴 四元锂电池能成爆款吗?
2021-12-01 16:43:36 中国汽车报

在三元锂、磷酸铁锂占据主流的动力电池领域,新锐四元锂电池技术开始崭露头角。

近日,凯迪拉克旗下首款纯电动汽车LYRIQ开启预售,该车也成为首款配装LG新能源四元锂电池的电动车型。此前,LG新能源亚洲营销总经理朴镇庸在接受媒体采访时称,公司开发的新一代四元锂电池将在LG新能源南京基地投产。事实上,早在今年6月就有人透露,LG新能源将向特斯拉供货四元锂电池。看起来,比起不知何时才能量产的固态电池,四元锂电池已经蓄势待发。

四元锂电池到底是怎样的电池?具备哪些优势?前景几何?近来,这些问题引发了业界的广泛关注。

是创新还是过渡性技术?

“与现有的镍钴锰(NCM)811、523、622以及镍钴铝(NCA)三元锂电池等动力电池产品相比,镍钴锰铝(NCMA)的四元锂电池有自己的特点。”中国电池工业协会锂电池应用专业委员会顾问苏南峰向《中国汽车报》记者表示,一是在材料上,四元锂电池不仅比三元锂电池多一元,而且在镍钴锰三元电池的材料中加入了更多的镍,比例接近90%,还使用了部分铝元素,降低了钴元素,从而可以抑制钴元素的不稳定杂质生成,克服了三元锂电池的部分缺陷,也被称为“高镍低钴”电池;二是在性能上,与三元锂电池相比,四元锂电池在一定程度上可以实现提升电池能量密度、改善充放电性能和循环寿命等多维度的平衡,续驶里程可达到650公里左右;三是在价格上,由于钴的价格相对较高且资源紧张,而镍和铝的价格较低且供应充足,因此成本也有所降低。

对于四元锂电池的未来发展,业内有不同看法。“从降低钴含量,提升电池性能的角度看,高镍低钴的四元锂电池是未来的发展趋势之一。”江苏新能源汽车行业发展研究院研究员厉建平在接受《中国汽车报》记者采访时认为,四元锂电池技术能改善三元锂电池的一些缺陷,而且LG新能源将价格较贵的钴用量减少了70%左右,在原材料涨价的背景下大幅降低了电池成本。同时,在国内新能源汽车产销量持续增长、追求更高续驶里程的情况下,四元锂电池具有较强的市场竞争力,在相当长一个阶段内都会有较强的生命力。

当然,也有人持不同的观点。“四元锂电池的优势与短板都十分明显,很难成为将来的长期发展方向,充其量只是一种过渡性产品。”广东工业大学新能源材料研究中心研究员陈新彤向《中国汽车报》记者表示,目前,固态电池、半固态电池以及氢燃料电池等多种动力电池都在紧锣密鼓地研发之中,即使四元锂电池在短期内能占领一定的市场份额,但几年后随着全固态电池的产业化,很可能会被淘汰。

特斯拉或随通用“上车”

实际上,早在通用汽车采用LG新能源的四元锂电池之前,特斯拉一直被盛传有望成为第一家使用其四元锂电池的汽车制造商。虽然通用捷足先登,但一直在尝试多种电池方案的特斯拉可能会很快跟上。

“理论上看,四元锂电池的主要优势是其能提供较长的续驶里程,成本却较低。”浙江新能源技术应用研究院研究员陆安程在接受《中国汽车报》记者采访时表示,特斯拉有理由选择四元锂电池解决方案。一是目前特斯拉也在寻求降低Model3和ModelY长续驶版的动力电池成本。为此,甚至国产特斯拉已经舍弃了多年的电池供应商松下;二是由于添加了铝,四元锂电池的循环寿命大幅提升。试验表明,四元锂电池充放电1000次后电池仍可充到95%,相比三元锂电池有显著优势,这应该也是特斯拉所看重的;三是由于特斯拉使用了线控底盘和自研的接近中央域控制器的架构,使得从软件和硬件方面提升电源管理系统相对容易,有利于四元锂电池“上车”。

目前,头部电池企业中只有LG新能源宣布量产四元锂电池。“四元锂电池虽然看上去并不复杂,只是提高了镍含量、增加铝元素,但中试、验证与生产工艺上有很多技术难题,LG新能源应是突破了一系列难题。”广东新能源汽车发展研究中心研究员林森告诉《中国汽车报》记者,一是在材料体系上,与现有三元锂电池相比,四元锂电池在镍含量较高的情况下,铝元素的添加比例及精准控制是量产的难题之一;二是在生产工艺上,由于四元锂电池“高镍低钴”的特点,高镍材料容易膨胀,对设备精度和耐腐蚀性、温度控制等量产条件都有很高的要求,需要做大量试验;三是在相关配套设施上,由于四元锂电池比三元锂电池有更高的充电倍率、更高能量密度,为控制热失控,对车上的电池管理系统提出了更高的要求,需要改进或优化电池管理系统才能适配。

在行业人士看来,拥有了订单并不意味着四元锂电池就会一路畅通。“即使有了通用汽车这样的大客户订单,但LG新能源仍面临多重挑战。”山东省电池工业协会顾问谢瑜忠在接受《中国汽车报》记者采访时分析称,一方面,四元锂电池量产工艺比三元锂电池复杂,电池企业需要多长时间才能实现降本提效、达到利润平衡点,尚不明确;另一方面,多家电池企业在探索多种技术路线,对四元锂电池的市场是否存在影响,尚未可知。目前,包括松下、三星、SDI等电池企业在探索固态电池,宁德时代正在研发无稀有金属电池,还有比亚迪已经量产的磷酸铁锂刀片电池等,都有可能是四元锂电池潜在的竞争对手。

多种技术路线竞相争艳

目前,在国内动力电池市场,三元锂电池、磷酸铁锂电池是市场争夺的两大主角。中国汽车动力电池产业创新联盟发布的数据显示,2021年10月,国内磷酸铁锂电池装车量达8.4GWh,同比上升249.5%,超过三元锂电池的7GWh,且已连续数月领先三元锂电池。

“四元锂电池或许能扭转当前三元锂电池市场份额下降的不利局面。”厉建平谈到,四元锂电池与三元锂电池相比具备一定优势,但与磷酸铁锂电池相比却是互有参差。一是在能量密度上,四元锂电池具有一定优势,磷酸铁锂电池尽管接近追平三元锂电池,但与四元锂电池相比仍稍逊色;二是在安全性能上,磷酸铁锂电池占据上风;三是在工作温度上,四元锂电池的耐高温极限不如磷酸铁锂电池,但磷酸铁锂电池的耐低温极限不如四元锂电池;四是在加工工艺上,磷酸铁锂电池有较为成熟的生产工艺,而四元锂电池即使有LG新能源这样的企业实现量产,但在生产工艺上仍有难题待解,而且尚没有形成相关的工艺技术标准。

此外,量产风声渐近的半固态电池也将加剧动力电池领域的竞争。“目前出现的新趋势,似乎是韩国电池企业趋向四元锂电池,国内部分企业则在积极筹备半固态电池。”陆安程表示,相比之下,半固态电池在能量密度、安全性、寿命、轻便性上更有优势,但四元锂电池目前在成本方面占据优势,不过双方在加工工艺上都还存在没有彻底解决的问题。

即使还有一些技术难题尚未完全解决,但已有一些电池企业出于市场利益的考虑在布局四元锂电池。在国外,除了LG新能源已经开始量产,还有三星SDI、韩国SKI等电池企业正在积极布局四元锂电池。SKI方面表示,将于2023年为福特F-150电动皮卡提供其首款非常接近四元锂电池的高镍低钴NCM9电池。

“国内也有多家企业在布局四元锂电池。”中信证券分析师路海波向《中国汽车报》记者表示,其中,长城汽车旗下的蜂巢能源已发布了四元锂电池样品,在提高安全性的同时,能做到较高的能量密度;锂电池材料企业格林美已完成了四元前驱体量产的技术准备;另一家原材料供应商华友钴业也在积极布局相关材料项目。

“在动力电池发展技术路线方面,除了走‘3+1’路线的四元锂电池之外,目前业界还在探索多种技术路线,例如石墨烯电池、固态电池、氯离子电池、钠离子电池、无钴电池等。究竟谁能成为下一代动力电池的主流路线,目前尚难以断言。”谢瑜忠表示,最核心的是要看动力电池的性能、安全、寿命、成本、便利性等方面,更具优势者将脱颖而出,成为未来的爆款动力电池。

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