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最近幾年，隨著電動(dòng)車普及率大幅提高，動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)迎來(lái)全面爆發(fā)時(shí)刻。但動(dòng)力電池沒(méi)有摩爾定律，不會(huì)像半導(dǎo)體那樣飛速迭代，其技術(shù)基礎(chǔ)是電化學(xué)，需要通過(guò)排列組合不同的化學(xué)元素，解決一個(gè)又一個(gè)工程學(xué)問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)漸進(jìn)式升級(jí)迭代。

這種迭代主要分為材料升級(jí)和結(jié)構(gòu)革新，其中正極是決定動(dòng)力電池能量密度的核心。目前的技術(shù)格局中，正極材料成熟且優(yōu)化空間較小，負(fù)極材料則成為短期突破點(diǎn)。而對(duì)固態(tài)電池顛覆式創(chuàng)新的期望，正推動(dòng)很多冒險(xiǎn)者急流勇進(jìn)。

正極材料的“混戰(zhàn)”

如今，動(dòng)力電池正極呈現(xiàn)出磷酸鐵鋰與三元材料并行的局面。

其中，三元鋰電池的正極材料——三元材料主要是鎳鈷錳酸鋰，以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料，其中鎳鈷錳的比例根據(jù)需要調(diào)整。三元材料技術(shù)演進(jìn)的本質(zhì)就是鎳的比例不斷提升、鈷的比例不斷下降、能量密度不斷提高的過(guò)程。

以經(jīng)緯創(chuàng)投投資的容百科技為例，該公司很早之前就押注了動(dòng)力電池的高鎳化，高鎳化是近年來(lái)出現(xiàn)的新趨勢(shì)。高鎳意味著去鈷，最早之所以要加鈷，是為了防止電池自燃、爆炸。

然而，鈷在地球上的總儲(chǔ)量并不大，且主要集中在非洲剛果等地。如今鈷已經(jīng)成為限制動(dòng)力電池成本下降的重要原因。特斯拉CEO馬斯克就曾表示，鈷的比例必須下降，不然電動(dòng)車的成本永遠(yuǎn)降不下來(lái)。

在車企和電池廠商的推動(dòng)下，2020年成為高鎳元年，寧德時(shí)代的高鎳電池銷量開(kāi)始提升，而容百科技作為正極材料供應(yīng)商，因綁定寧德時(shí)代繼而成為該領(lǐng)域龍頭。隨著高鎳技術(shù)越來(lái)越成熟，2021年高鎳在寧德時(shí)代的總裝機(jī)量占比提升至30%。不過(guò)，高鎳在工程上并不容易做到。

與三元材料的優(yōu)缺點(diǎn)互換的另一條技術(shù)路線是磷酸鐵鋰。磷酸鐵鋰電池的優(yōu)點(diǎn)十分明顯，包括安全性高、高溫性能好、使用壽命長(zhǎng)、原材料成本低等。

比如，磷酸鐵鋰的循環(huán)壽命很長(zhǎng)，在2000次以上，而三元鋰電池一般在1000次；磷酸鐵鋰正極材料的分解溫度高達(dá)700℃，非常安全；磷酸鐵鋰原材料不含金屬鈷，這就使得成本比三元鋰電池降低近20%。

不過(guò)，磷酸鐵鋰的缺點(diǎn)也十分明顯。其理論能量密度約190瓦時(shí)/千克，遠(yuǎn)低于三元鋰電池的350瓦時(shí)/千克，尤其是在低溫環(huán)境下性能衰減很大。那些一到冬天就瘋狂掉電的電動(dòng)車，多數(shù)用的都是磷酸鐵鋰電池。

不過(guò)，磷酸鐵鋰漲價(jià)后才60～70元/公斤，三元鋰電池價(jià)格約180～190元/公斤，是磷酸鐵鋰的3倍。因此，磷酸鐵鋰能量密度的損失在某些場(chǎng)景下也可以接受。

2017～2018年，當(dāng)國(guó)家補(bǔ)貼高能量密度材料時(shí)，三元鋰電池很占優(yōu)勢(shì)。但自補(bǔ)貼退坡后，磷酸鐵鋰的價(jià)格優(yōu)勢(shì)就完全體現(xiàn)了出來(lái)。從2021年開(kāi)始，磷酸鐵鋰的裝機(jī)量一直在增加，從幾年前的市場(chǎng)只剩20%左右，增長(zhǎng)到今天的50%，足以與三元材料分庭抗禮。

如果從整個(gè)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看，當(dāng)下還有很多不夠成熟的地方。從理論上講，一個(gè)成熟行業(yè)下游是最賺錢的，整車的利潤(rùn)率應(yīng)大于電池、大于材料、大于礦。但實(shí)際情況是，由于整車發(fā)展速度很快，而上游礦的投資周期很長(zhǎng)，一時(shí)間供給跟不上需求，致使鋰礦、鎳礦價(jià)格飆升，反而擠壓了下游盈利空間，在一定程度上影響了正極材料的技術(shù)路線選擇。

負(fù)極材料的探索

隨著磷酸鐵鋰與三元材料等正極材料已逐漸優(yōu)化到極致，人們開(kāi)始把目光投向負(fù)極。目前，我們廣泛使用的負(fù)極材料是石墨，但石墨的理論能量密度是372毫安時(shí)/克，現(xiàn)在已經(jīng)優(yōu)化到了350～360毫安時(shí)/克，急需用新的材料來(lái)突破。

下一步，硅將是理想的負(fù)極材料。硅的理論容量高達(dá)4200毫安時(shí)/克，是石墨的十倍多。不過(guò)，硅在電池充放電循環(huán)過(guò)程中，隨著鋰離子的嵌入和脫出，其體積膨脹率非常大，純硅高達(dá)300%，這會(huì)引起電解液的消耗，進(jìn)而導(dǎo)致電池使用壽命急劇下滑。

石墨之所以好用，是因?yàn)槠潴w積膨脹率較低，只有10%～13%。目前，產(chǎn)業(yè)界想到的折中方案是，用5%～20%的硅來(lái)形成石墨+硅的復(fù)合負(fù)極材料，在可以接受的體積膨脹率之下，盡可能提升容量。

不過(guò)，目前硅碳負(fù)極出貨量還不高，一方面有技術(shù)難題還未被攻克，比如石墨本來(lái)可以循環(huán)3000次，但加了硅就減半到1500次，同時(shí)硅碳的成本也居高不下。

人們對(duì)負(fù)極材料曾經(jīng)做過(guò)很多探索，其中最典型的非鈦酸鋰莫屬。2021年格力電器成為格力鈦新能源（原珠海銀?。┑目毓晒蓶|，后者于2008年成立，致力于探索鈦酸鋰技術(shù)路線。

鈦酸鋰是優(yōu)劣勢(shì)都非常明顯的材料。優(yōu)勢(shì)是倍率性能、循環(huán)性能特別好，電池的循環(huán)壽命幾乎是無(wú)限的，非常適合公交車等營(yíng)運(yùn)時(shí)間長(zhǎng)、需要考慮循環(huán)壽命和成本的應(yīng)用場(chǎng)景。

但鈦酸鋰的電壓平臺(tái)太高，導(dǎo)致能量密度太低。這些問(wèn)題決定了鈦酸鋰很難大規(guī)模商用，只能在一些特殊的場(chǎng)合使用，比如零下40攝氏度的超低溫環(huán)境，并且需要特別高的功率。在政府補(bǔ)貼時(shí)代，鈦酸鋰紅極一時(shí)，但當(dāng)補(bǔ)貼退坡后，其很難自負(fù)盈虧。

一項(xiàng)技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向大規(guī)模商用并不容易，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)技術(shù)路線之爭(zhēng)。無(wú)論是磷酸鐵鋰和三元材料，還是石墨、硅、鈦酸鋰等，從結(jié)果來(lái)看，最終不一定是一邊倒的局面，而是各自找到了最適合的細(xì)分賽道。

原標(biāo)題：尋找動(dòng)力電池材料的細(xì)分賽道