在三元鋰、磷酸鐵鋰占據(jù)主流的動力電池領(lǐng)域,新銳四元鋰電池技術(shù)開始嶄露頭角。
近日,凱迪拉克旗下首款純電動汽車LYRIQ開啟預(yù)售,該車也成為首款配裝LG新能源四元鋰電池的電動車型。此前,LG新能源亞洲營銷總經(jīng)理樸鎮(zhèn)庸在接受媒體采訪時稱,公司開發(fā)的新一代四元鋰電池將在LG新能源南京基地投產(chǎn)。事實上,早在今年6月就有人透露,LG新能源將向特斯拉供貨四元鋰電池??雌饋?,比起不知何時才能量產(chǎn)的固態(tài)電池,四元鋰電池已經(jīng)蓄勢待發(fā)。
四元鋰電池到底是怎樣的電池?具備哪些優(yōu)勢?前景幾何?近來,這些問題引發(fā)了業(yè)界的廣泛關(guān)注。
是創(chuàng)新還是過渡性技術(shù)?
“與現(xiàn)有的鎳鈷錳(NCM)811、523、622以及鎳鈷鋁(NCA)三元鋰電池等動力電池產(chǎn)品相比,鎳鈷錳鋁(NCMA)的四元鋰電池有自己的特點。”中國電池工業(yè)協(xié)會鋰電池應(yīng)用專業(yè)委員會顧問蘇南峰向《中國汽車報》記者表示,一是在材料上,四元鋰電池不僅比三元鋰電池多一元,而且在鎳鈷錳三元電池的材料中加入了更多的鎳,比例接近90%,還使用了部分鋁元素,降低了鈷元素,從而可以抑制鈷元素的不穩(wěn)定雜質(zhì)生成,克服了三元鋰電池的部分缺陷,也被稱為“高鎳低鈷”電池;二是在性能上,與三元鋰電池相比,四元鋰電池在一定程度上可以實現(xiàn)提升電池能量密度、改善充放電性能和循環(huán)壽命等多維度的平衡,續(xù)駛里程可達到650公里左右;三是在價格上,由于鈷的價格相對較高且資源緊張,而鎳和鋁的價格較低且供應(yīng)充足,因此成本也有所降低。
對于四元鋰電池的未來發(fā)展,業(yè)內(nèi)有不同看法。“從降低鈷含量,提升電池性能的角度看,高鎳低鈷的四元鋰電池是未來的發(fā)展趨勢之一。”江蘇新能源汽車行業(yè)發(fā)展研究院研究員厲建平在接受《中國汽車報》記者采訪時認(rèn)為,四元鋰電池技術(shù)能改善三元鋰電池的一些缺陷,而且LG新能源將價格較貴的鈷用量減少了70%左右,在原材料漲價的背景下大幅降低了電池成本。同時,在國內(nèi)新能源汽車產(chǎn)銷量持續(xù)增長、追求更高續(xù)駛里程的情況下,四元鋰電池具有較強的市場競爭力,在相當(dāng)長一個階段內(nèi)都會有較強的生命力。
當(dāng)然,也有人持不同的觀點。“四元鋰電池的優(yōu)勢與短板都十分明顯,很難成為將來的長期發(fā)展方向,充其量只是一種過渡性產(chǎn)品。”廣東工業(yè)大學(xué)新能源材料研究中心研究員陳新彤向《中國汽車報》記者表示,目前,固態(tài)電池、半固態(tài)電池以及氫燃料電池等多種動力電池都在緊鑼密鼓地研發(fā)之中,即使四元鋰電池在短期內(nèi)能占領(lǐng)一定的市場份額,但幾年后隨著全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化,很可能會被淘汰。
特斯拉或隨通用“上車”
實際上,早在通用汽車采用LG新能源的四元鋰電池之前,特斯拉一直被盛傳有望成為第一家使用其四元鋰電池的汽車制造商。雖然通用捷足先登,但一直在嘗試多種電池方案的特斯拉可能會很快跟上。
“理論上看,四元鋰電池的主要優(yōu)勢是其能提供較長的續(xù)駛里程,成本卻較低。”浙江新能源技術(shù)應(yīng)用研究院研究員陸安程在接受《中國汽車報》記者采訪時表示,特斯拉有理由選擇四元鋰電池解決方案。一是目前特斯拉也在尋求降低Model3和ModelY長續(xù)駛版的動力電池成本。為此,甚至國產(chǎn)特斯拉已經(jīng)舍棄了多年的電池供應(yīng)商松下;二是由于添加了鋁,四元鋰電池的循環(huán)壽命大幅提升。試驗表明,四元鋰電池充放電1000次后電池仍可充到95%,相比三元鋰電池有顯著優(yōu)勢,這應(yīng)該也是特斯拉所看重的;三是由于特斯拉使用了線控底盤和自研的接近中央域控制器的架構(gòu),使得從軟件和硬件方面提升電源管理系統(tǒng)相對容易,有利于四元鋰電池“上車”。
目前,頭部電池企業(yè)中只有LG新能源宣布量產(chǎn)四元鋰電池。“四元鋰電池雖然看上去并不復(fù)雜,只是提高了鎳含量、增加鋁元素,但中試、驗證與生產(chǎn)工藝上有很多技術(shù)難題,LG新能源應(yīng)是突破了一系列難題。”廣東新能源汽車發(fā)展研究中心研究員林森告訴《中國汽車報》記者,一是在材料體系上,與現(xiàn)有三元鋰電池相比,四元鋰電池在鎳含量較高的情況下,鋁元素的添加比例及精準(zhǔn)控制是量產(chǎn)的難題之一;二是在生產(chǎn)工藝上,由于四元鋰電池“高鎳低鈷”的特點,高鎳材料容易膨脹,對設(shè)備精度和耐腐蝕性、溫度控制等量產(chǎn)條件都有很高的要求,需要做大量試驗;三是在相關(guān)配套設(shè)施上,由于四元鋰電池比三元鋰電池有更高的充電倍率、更高能量密度,為控制熱失控,對車上的電池管理系統(tǒng)提出了更高的要求,需要改進或優(yōu)化電池管理系統(tǒng)才能適配。
在行業(yè)人士看來,擁有了訂單并不意味著四元鋰電池就會一路暢通。“即使有了通用汽車這樣的大客戶訂單,但LG新能源仍面臨多重挑戰(zhàn)。”山東省電池工業(yè)協(xié)會顧問謝瑜忠在接受《中國汽車報》記者采訪時分析稱,一方面,四元鋰電池量產(chǎn)工藝比三元鋰電池復(fù)雜,電池企業(yè)需要多長時間才能實現(xiàn)降本提效、達到利潤平衡點,尚不明確;另一方面,多家電池企業(yè)在探索多種技術(shù)路線,對四元鋰電池的市場是否存在影響,尚未可知。目前,包括松下、三星、SDI等電池企業(yè)在探索固態(tài)電池,寧德時代正在研發(fā)無稀有金屬電池,還有比亞迪已經(jīng)量產(chǎn)的磷酸鐵鋰刀片電池等,都有可能是四元鋰電池潛在的競爭對手。
多種技術(shù)路線競相爭艷
目前,在國內(nèi)動力電池市場,三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池是市場爭奪的兩大主角。中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示,2021年10月,國內(nèi)磷酸鐵鋰電池裝車量達8.4GWh,同比上升249.5%,超過三元鋰電池的7GWh,且已連續(xù)數(shù)月領(lǐng)先三元鋰電池。
“四元鋰電池或許能扭轉(zhuǎn)當(dāng)前三元鋰電池市場份額下降的不利局面。”厲建平談到,四元鋰電池與三元鋰電池相比具備一定優(yōu)勢,但與磷酸鐵鋰電池相比卻是互有參差。一是在能量密度上,四元鋰電池具有一定優(yōu)勢,磷酸鐵鋰電池盡管接近追平三元鋰電池,但與四元鋰電池相比仍稍遜色;二是在安全性能上,磷酸鐵鋰電池占據(jù)上風(fēng);三是在工作溫度上,四元鋰電池的耐高溫極限不如磷酸鐵鋰電池,但磷酸鐵鋰電池的耐低溫極限不如四元鋰電池;四是在加工工藝上,磷酸鐵鋰電池有較為成熟的生產(chǎn)工藝,而四元鋰電池即使有LG新能源這樣的企業(yè)實現(xiàn)量產(chǎn),但在生產(chǎn)工藝上仍有難題待解,而且尚沒有形成相關(guān)的工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
此外,量產(chǎn)風(fēng)聲漸近的半固態(tài)電池也將加劇動力電池領(lǐng)域的競爭。“目前出現(xiàn)的新趨勢,似乎是韓國電池企業(yè)趨向四元鋰電池,國內(nèi)部分企業(yè)則在積極籌備半固態(tài)電池。”陸安程表示,相比之下,半固態(tài)電池在能量密度、安全性、壽命、輕便性上更有優(yōu)勢,但四元鋰電池目前在成本方面占據(jù)優(yōu)勢,不過雙方在加工工藝上都還存在沒有徹底解決的問題。
即使還有一些技術(shù)難題尚未完全解決,但已有一些電池企業(yè)出于市場利益的考慮在布局四元鋰電池。在國外,除了LG新能源已經(jīng)開始量產(chǎn),還有三星SDI、韓國SKI等電池企業(yè)正在積極布局四元鋰電池。SKI方面表示,將于2023年為福特F-150電動皮卡提供其首款非常接近四元鋰電池的高鎳低鈷NCM9電池。
“國內(nèi)也有多家企業(yè)在布局四元鋰電池。”中信證券分析師路海波向《中國汽車報》記者表示,其中,長城汽車旗下的蜂巢能源已發(fā)布了四元鋰電池樣品,在提高安全性的同時,能做到較高的能量密度;鋰電池材料企業(yè)格林美已完成了四元前驅(qū)體量產(chǎn)的技術(shù)準(zhǔn)備;另一家原材料供應(yīng)商華友鈷業(yè)也在積極布局相關(guān)材料項目。
“在動力電池發(fā)展技術(shù)路線方面,除了走‘3+1’路線的四元鋰電池之外,目前業(yè)界還在探索多種技術(shù)路線,例如石墨烯電池、固態(tài)電池、氯離子電池、鈉離子電池、無鈷電池等。究竟誰能成為下一代動力電池的主流路線,目前尚難以斷言。”謝瑜忠表示,最核心的是要看動力電池的性能、安全、壽命、成本、便利性等方面,更具優(yōu)勢者將脫穎而出,成為未來的爆款動力電池。
原標(biāo)題:三元多一元 升鎳再降鈷 四元鋰電池能成爆款嗎?