动力电池技术路线之争又起波澜

2021年年初至今，包括百度、OPPO、苹果、华为、滴滴、恒大以及360等扎堆跨界造车的消息一直不绝于耳，新能源汽车正以前所未有的“超音速”融入大众生活圈。

最近特斯拉透露，将在全球范围使用磷酸铁锂电池，也提到“大约95%磷酸铁锂电池由中国生产制造”。宁德时代可能获得特斯拉45GWh磷酸铁锂电池大单的消息在行业热传，也让磷酸铁锂和三元锂电池之争愈加激烈。磷酸铁锂电池正如两年前少数产业人士预言的那样，再次重回市场主流，成为巨头无法割舍的选择。

磷酸铁锂和三元锂电不断更替，轮流坐庄

电池，是新能源电动车的核心，成本占据整车40%以上。当20年前不被看好的新能源电动车成为当今世界共识，伴随产量规模不断扩大，新能源电池产业也在不断演进。作为动力电池最核心的两条技术路线，磷酸铁锂和三元锂电的发展也在不断更替，轮流坐庄。

2009年起，乘着新能源汽车市场逐渐放量的东风，磷酸铁锂曾一枝独秀，成为新能源汽车发展最主要的技术路线。因为当时国内新能源汽车发展主要以商用车为主，而磷酸铁锂的成本、使用寿命、稳定性都恰好适合商用车应用。

2012年《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》发布，在当时的技术水平下，磷酸铁锂达不到动力电池模块比能量要求。尤其在2016-2019年，乘用车逐渐成为新能源汽车推广的主力，而新能源乘用车的补贴政策将电池包的能量密度以及续航里程作为主要指标。企业为追求补贴，逐步放弃磷酸铁锂动力电池，转向三元锂电。先天具有能量密度优势的三元路线开启了逆袭之路。

2016年之前，磷酸铁锂是绝对的主流路线，市场占有率高达60%以上；而到了2019年，三元锂电的市占率竟然直线飙升到65%。

同时被改变的还有宁德时代和比亚迪的命运。2016年，比亚迪的出货量为7.1GWh，宁德时代为6.8GWh，而到了2019年，这一数据分别变成了11.11GWh和32.55GWh。

2019年，新能源汽车国家补贴标准降低约50%，地方补贴则直接退出，综合补贴退坡幅度超70%。另一方面，比亚迪刀片电池的横空出世将磷酸铁锂向前推进了一大步。

随着新能源汽车补贴持续退坡，新技术的加持让磷酸铁锂的能量密度持续提升，磷酸铁锂成本优势逐渐显现。

真锂研究数据显示，截至2019年底，国内磷酸铁锂电池包单价0.8元/Wh，比三元锂电池包单价便宜近40%。这意味着，在其他条件相当的情况下，同款车型，国内市场上搭载磷酸铁锂电池的造车成本比搭载三元锂电池的价格，至少便宜10%。对企业而言，通过选择电池带来的这部分10%的利润差，完全可以转化为其他功能升级或直接让利给消费者。无论怎么算，磷酸铁锂电池都是更划算的选择。

因此，国内外车厂都在磷酸铁锂技术领域纷纷布局。特斯拉表示标准续航版Model 3和Model Y将在全球范围内改用磷酸铁锂电池。

今年《新能源汽车推广应用推荐车型目录》中的52款入选新能源乘用车中，搭载磷酸铁锂电池的车型为25款，占比达到近50%。

今年5月，磷酸铁锂的装车量开始出现上升趋势，并在7月一举超过三元锂电，后续8-9月也延续了这一增长态势。1-9月，磷酸铁锂装车量累计44.8GWh，占总装车量48.7%。

据起点研究院（SPIR）研究显示，2020年，宁德时代、比亚迪分别位居磷酸铁锂电池装机量第一、第二，其中宁德时代占比达60%。更多电池企业在加速向磷酸铁锂电池布局，如国轩高科、亿纬锂能等。

因为市场需求增加显著，磷酸铁锂电池上游材料价格出现大幅上涨。Wind数据显示，10月以来，磷酸铁锂价格超过了8万元/吨，而截至10月27日的数据显示，磷酸铁锂报价为8.7万元/吨，相较于年初的3.8万元/吨上涨130%。

“4680”电池搅局

关于三元锂将被磷酸铁锂完全取代的声音越来越大。但就在此时，特斯拉放了一个大招，在10月宣布“4680”电池将于2022年上半年首次亮相。

所谓“4680”，是指宽46毫米、长80毫米的三元大圆柱电池，按照特斯拉公布的数据，“4680”可在“2170”的基础上让能量（容量）提升5倍，里程提高16%，成本下降14%。

除了成本、续航等核心参数实现跨越式升级，“4680”还有其他优势，比如快速充电。与“2170”采用铝丝焊不同，“4680”的电芯采用的是无极耳方案，可以直接让金属片与电芯极耳进行连接，快充性能可以提高三倍以上。

从电池厂商的态度来看，他们对于布局“4680”都有极大的兴趣，在这个领域有实力的公司基本都开始投资建生产线了。

宁德时代规划了8条“4680”产线，共12GWh；松下将在明年开始试生产“4680”电池；LG化学的4680电芯试生产线已经开始建设，最早于2023年实现量产；亿纬锂能是最积极、也是步子迈得最大的，公司规划的20GWh产能最早在明年投产。

业内推测，到2023年，将有超过150GWh的大圆柱电池可以投产，对应可以满足超过100万辆特斯拉乘用车。

磷酸铁锂相较于三元锂具备成本优势，往往只是考虑初始购置成本，而忽略了三元锂还具备更高的回收价值。如果将全生命周期作为考察周期，三元锂的成本劣势就大大降低了，甚至要优于磷酸铁锂，“4680”的出现则进一步放大了这一点。

可见，不管是技术路线，还是市场格局，动力电池的江湖从未像今天这样混乱和模糊。

动力电池行业前景看好

据中商情报网资讯，随着新能源汽车成为拉动动力电池需求的主要引擎，以及新能源汽车市场化程度提升，动力电池出货量及装机量也呈增长趋势，动力电池行业前景看好。

2016年中国动力电池出货量为31GWh，2020年快速增长至80GWh。预计随着新能源汽车的不断普及，动力电池的出货量也将不断增长，2021年其出货量达到96GWh。

动力电池市场竞争格局激烈，宁德时代长期占据行业第一，其前三季度市场份额占比50.8%。其次比亚迪、中航锂电、LG新能源、国科高轩占比分别为16.0%，6.1%，5.5%、5.1%。

2021年1-10月国内动力电池装车量前十企业中，宁德时代装车量最多，达54.48GWh，市场份额占50.7%。中航锂电、国轩高科增长明显，分别从去年同期的5.3%、4.4%市占率增至6.0%、5.1%，占据第三、第四的位置。

国家制定规范，指导行业发展

在国家层面，为引导企业减少单纯扩大产能的制造项目，加强技术创新、提高产品质量、降低生产成本，工信部在积极制定相应政策，对企业多方面做出指导。

2021年11月，工信部电子信息司对《锂离子电池行业规范条件（2021年本）》（征求意见稿）和《锂离子电池行业规范公告管理办法（2021年本）》（征求意见稿）同时公开征求意见。

两个文件一方面对企业所用生产工艺和设备提出明确定性、定量要求；另一方面则对电池和电池组能量密度，以及正负极材料比容、隔膜拉伸强度、电解液的四大主材产品性能做出定量规定。

专家分析，工信部的两大基调是避免粗放式发展、鼓励技术创新。而技术进步、降本增效不仅是业内厂商的追求，同样也是市场消费者一直以来的关注焦点。

推动电池产业回归技术本源，需从产业链多环节切入，共同发力。

（1）从电池本身来说，一是结构创新，主要手段便是做大电芯，如方形电池、4680电池、软包电池等；二是结构集约化，向无模组化演进，如宁德时代的CTP、比亚迪的刀片电池，以及未来的CTC技术。

（2）从电池材料来看：

①正极材料，高镍正极已商用，是较明确的开发及应用方向；富锂锰基、高电压正极等更满足比能要求，铝离子、无锂正极的应用将使体系发生较大革新。

②负极材料，石墨负极仍是主流，但其比容已接近上限；硅基负极、金属锂负极是研发热点。

③电解液材料，固态电池是必须直面的远景技术，其核心之一是固态电解质的开发，基于凝胶的、基于混合固液的电解质已经开始产业化。

④隔膜材料，聚烯烃材料及添加剂作为隔膜基体材料，未来仍将是主流产品，隔膜轻薄化、新材料仍是未来方向。

可以看出，电池的技术创新及产业化生产都需要深入的材料特性分析和检测，《规范条件》中也多次提及电池相关属性“检测”。一块锂电池从生产质量控制，到成品的安全测试，再到电池的性能研发等等环节，都需要精细的研发和检测工作，这些都离不开分析仪器的加持。

产业链上游，原材料及产品质量的控制工作，主要针对锂电池的正负极材料、电解液、隔膜等原材料进行检测，其中包括鉴别实验、理化性能、电化学性能分析、化学成分分析等。

产业链中游，电池的产品性能及安全性能的研发工作，也同样需要采用各种分析仪器（如原子光谱、分子光谱、色质谱等）对电池各部分进行多项理化指标的分析，以便改进锂电池的产品安全性能、循环寿命、功率密度、能量密度等关键指标。

在对废旧锂离子电池进行回收再利用过程中，需要利用原子光谱类分析仪器对有价值金属元素进行定量分析。

在电池研发及生产中的这些检测对仪器要求非常高。例如，锂离子电池材料组成极其复杂，通常含大量无机盐类、极易电离元素，甚至含有有机物或氢氟酸等成分，大量复杂的基体，会对ICP-OES（电感耦合等离子体发射光谱仪）元素分析带来大量物理干扰或光谱干扰，对仪器复杂基体耐受性能和抗干扰性，有非常严格的要求。常规 ICP-OES 在测定时常会出现数据不稳定、炬管经常性堵塞导致等离子体经常熄灭等问题。

安捷伦推出的锂电池产业链分析解决方案，覆盖了锂电池产业链中，质控和研发等各个环节，包括锂电池生产管理及锂电材料（正极材料、负极材料、隔膜、 电解液等）质控，锂电池安全性能、循环寿命、功率密度、能量密度、等关键指标的研究，以及锂电池的回收和资源化利用，锂电池回收和循环利用过程中，提取价值金属元素等领域。这一系列高基体耐受和抗干扰方案，为锂电相关基体复杂材料分析和研究，提供稳定准确的数据支撑。

（原载《西南汽车信息》2021年11期）