作者 / 羅京

編輯 / 封成

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就當(dāng)資本市場為新能源車投資而歡呼雀躍時，現(xiàn)實中的車主卻在擔(dān)心自家的電動車會不會無故自燃。

根據(jù)億歐智庫，2020年中國一共發(fā)生27起電動車自燃事故，包括停放、行駛、充電、發(fā)生事故后，其中停放自燃的比重超過了44.4%。

自燃的背后，大部分是三元鋰電池的熱失控。

高能量密度和安全性被放上天平的兩端，如何兼具二者是新能源車企不可回避的問題。

去年，比亞迪和寧德時代都推出了磷酸鐵鋰電池包的創(chuàng)新技術(shù)，通過減少零件數(shù)量，提升電池包的體積能量密度，達(dá)到安全和續(xù)航雙目標(biāo)。

但這一方案有諸多限制，高度的CTP往往需要電芯企業(yè)從底盤階段就跟整車廠商形成合作，聯(lián)合定制電芯，由于底盤的重要性，以及對供應(yīng)保障的分散需求，車企需要衡量深度綁定的利弊。

如今，新的解決方案又出現(xiàn)了，四元材料。這個比高鎳三元更安全、穩(wěn)定性更好、壽命更長、成本更低的材料，會成為未來的大趨勢嗎？現(xiàn)如今又有誰在量產(chǎn)四元電池？

01 鐵鋰“回光返照”

據(jù)GGII數(shù)據(jù)，2021年5月我國磷酸鐵鋰電池裝機(jī)量達(dá)到8.8GWh，占總裝機(jī)量的63.6%，遠(yuǎn)超三元電池5.0GWh。

早在去年10年，磷酸鐵鋰就啟動觸底反彈行情，依托五菱宏光、國產(chǎn)特斯拉Model 3、比亞迪漢EV等爆款車型和頭部新能源車企紛紛推出搭載鐵鋰電池的車型，磷酸鐵鋰電池裝機(jī)量水漲船高。

這背后，離不開電池包創(chuàng)新。隨著20年以來CTP和比亞迪刀片技術(shù)的推出，鐵鋰的潛力被進(jìn)一步挖掘，電池包成組效率提升帶來能量密度改善，鐵鋰迎來回潮。

然而相對于三元，磷酸鐵鋰發(fā)展前景已經(jīng)出現(xiàn)瓶頸。

目前，鐵鋰單芯的實際能量密度已經(jīng)接近理論極限，200Wh/kg。換言之，對車企而言，要想提高能量密度，只能從體積能量密度入手，比如比亞迪推出搭載刀片電池的漢，電池體積能量密度大到229Wh/L，續(xù)航里程為605km。

比亞迪漢刀片電池的成功更多是基于其 C 級車的設(shè)計基礎(chǔ)，漢的軸距為2.92米，給電池包預(yù)留安裝空間較大，而普通A級車的軸距為2.3-2.5米，在體積相對有限的 A 級車中，刀片鐵鋰仍難以讓其續(xù)航突破 500km。

這會限制一部分對續(xù)航里程偏好較高的 A 級車主的消費選擇，而這部分車主是我國乘用車消費大頭，據(jù)乘聯(lián)會數(shù)據(jù)，2020年國內(nèi)乘用車A級車銷量占比達(dá)到60%。

反觀三元電池， 因三元正極仍處于技術(shù)迭代上升期， 三元電芯能量密度天花板在 300wh/kg 左右，相比現(xiàn)在 240wh/kg 的水平仍有 30% 提升空間。

中長期看，高鎳三元電池還是緩解消費者“里程焦慮”的解藥。

買過新能源車的車主普遍存在“續(xù)航焦慮”，擔(dān)心駕駛電動汽車時，電池會突然沒電而趴窩。

這種擔(dān)心并非杞人憂天。目前國內(nèi)的續(xù)航里程使用NEDC工況標(biāo)準(zhǔn)，在測試車輛續(xù)航時，會關(guān)閉類似于空調(diào)、大燈、音響之類的耗電設(shè)備，此外這個歐洲標(biāo)準(zhǔn)也很難適應(yīng)我國復(fù)雜的城市道路工況，導(dǎo)致NEDC里程與真實里程存在一定差距。

人們在日常駕駛中會聽音樂、開空調(diào)、使用車載娛樂系統(tǒng)等提升駕車舒適性的舉動，都會耗費電量，進(jìn)而影響到車輛的續(xù)航里程。

業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，考慮到實際駕駛道路、空調(diào)開啟情況和駕駛習(xí)慣等因素，一輛標(biāo)稱續(xù)航里程為400公里的新能源車，其實際續(xù)航大約在280公里左右，相當(dāng)于打了7折，特別在冬天零下的環(huán)境中，車輛真實續(xù)航還有可能進(jìn)一步打折。

綜合來看，三元材料的潛力和改善空間都優(yōu)于鐵鋰，車企們也不斷朝著能量密度更高的高鎳三元發(fā)展。

除了All IN 鐵鋰的比亞迪，國內(nèi)自主車企目前仍以三元為主，有部分車型如榮威、小鵬 P7 也配備了同款鐵鋰版作為低配版供消費者選擇。

對于定位中高端市場車型，無論國內(nèi)還是海外車企多采用高鎳三元方案，潛在爆款新車包括大眾 ID4、寶馬 IX3、福特 Mach-E、極氪 001、智己 L7、北汽阿爾法 S 等。

但三元并非完美無瑕，如何保證電池的熱穩(wěn)定性、提高循環(huán)壽命，都是橫亙?nèi)l(fā)展路上的障礙物。

由于三元材料中二價鎳離子和鋰離子半徑接近，隨著鎳含量增加，三元材料在高溫?zé)Y(jié)制備時產(chǎn)生的Li、Ni混排的概率迅速上升，使得鋰離子脫嵌困難，進(jìn)一步使得材料的比容量和循環(huán)性能降低且難以逆轉(zhuǎn)。

高鎳三元容易爆炸更是讓人頭痛難解的問題。當(dāng)高鎳材料達(dá)200℃度左右，電池內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)就開始發(fā)生分解釋放氧原子，鋰電池出現(xiàn)鼓包，此時與汽化的電解液混合后，容易在高溫下自燃。

根據(jù)新能源汽車國家監(jiān)測與管理平臺的數(shù)據(jù)顯示，盡管新能源汽車的起火事故率為 0.9-1.2 次/萬輛，低于燃油車 2-4 次/萬輛的水平，但其中有8成安全事故電池系三元電池。

02 四元迎風(fēng)而起

針對高鎳三元材料種種痛點，四元材料迎難而上。

三元材料NCM中的每一種成分都起到不同的作用。鎳（Ni）可以提高材料活性、提高能量密度；鈷（Co）也是活性材料，主要系穩(wěn)定材料的層狀結(jié)構(gòu)、同時減小陽離子混排，便于材料深度放電；錳（Mn）在材料中起支撐作用，確保充放電過程的穩(wěn)定性。

但當(dāng)鎳的比例提高、鈷的比例降低時，高鎳三元材料的穩(wěn)定性就備受考驗，主要表現(xiàn)為循環(huán)充放電的容量損失和高溫環(huán)境下電池容量加速衰減。

高鎳與穩(wěn)定性看似不可兼得，直至四元材料鎳鈷錳鋁NCMA的出現(xiàn)，解決了這一大難題。

NCMA，顧名思義，比三元多一元鋁（Al）。本質(zhì)是用 Al 替代 Co，通過在 NCM 三元材料中摻雜 Al 粒子，所形成的 Al-O 化學(xué)鍵強(qiáng)度遠(yuǎn)大于 Ni(Co，Mn)- O 化學(xué)鍵，從化學(xué)性質(zhì)上增強(qiáng)了正極的穩(wěn)定性。

四元材料 NCMA（鎳鈷錳鋁）并不是一項全新的材料體系，而是基于現(xiàn)階段兩大主流三元高鎳材料 NCM 與 NCA 混合而成，最初由韓國漢陽大學(xué) Un-Hyuck Kim 在 2016 年提出。

Un-Hyuck Kim團(tuán)隊實驗發(fā)現(xiàn)，NCMA 四元正極材料在多輪充放電循環(huán)后，不可逆相變電壓保持穩(wěn)定，材料內(nèi)部微裂紋較少，正極材料中過渡金屬的溶解情況不明顯。

此外，實驗還對比了2032組電池，發(fā)現(xiàn)無論是 30℃下的 100 次循環(huán)，還是 25℃下的 1000周循環(huán)，NCMA 的容量保持率高于 NCM 和 NCA 約 10%。

在四元材料體系中，鈷含量可以降低至 5%以下，鎳含量提高至 90%，因此四元電池的能量密度也很高，再與高性能的硅碳負(fù)極材料搭配，可把電池能量密度抬升至新的一個臺階300Wh/kg，要知道，當(dāng)下高鎳三元NCM811和NCA的能量密度分別為260Wh/kg、280Wh/kg。

正極材料定價模式為“原材料成本+加工費”模式，原料價格透明，一般根據(jù)目前幾種金屬（包括硫酸鈷、硫酸鎳、硫酸錳、碳酸鋰/氫氧化鋰）的時點價格來定價，加工費里包含了企業(yè)利潤，高低取決于燒結(jié)工藝成本的不同。

主流三元正極材料NCM523中，鎳鈷錳的比例分別為43.8%、33.2%、3.6%，高鎳三元NCM811為60%、14.2%、1.0%。

由于硫酸鈷的價格波動大，導(dǎo)致NCM523的成本時高時低，進(jìn)而影響到正極材料企業(yè)的毛利率水平，但對NCM811的影響就小。

與此同時，高鎳正極的加工費也比低鎳高，具有更大的盈利空間。高鎳材料的燒結(jié)溫度低于低鎳，需要進(jìn)行二次燒結(jié)，因此電費會高于后者；在燒結(jié)過程中，還需要加入氧氣，對窯爐等設(shè)備提出更高要求，這就導(dǎo)致高鎳三元中原材料成本占比反而小于低鎳，加工費卻大于低鎳，產(chǎn)品附加值更高。

據(jù)華安電新團(tuán)隊測算，NCM523行業(yè)加工費約為4-6萬元/噸，而NCM811行業(yè)加工費約為6-8萬元/噸。

高鎳材料的使用可以帶來四大材料各環(huán)節(jié)用量的進(jìn)一步下降。為達(dá)到同樣的電量所需的高鎳材料使用量明顯低于普通三元材料，生產(chǎn) 1Gwh 電池，需要 NCM523 和 NCM811 的量分別為 1700 噸和 1400 噸，同時正極涂布面積下降，對應(yīng)使得極片面積、隔膜面積及電解液量下降。

四元材料NCMA更是在NCM811的基礎(chǔ)上，提升鎳的比例至90%以上，而鈷則進(jìn)一步下滑至5%以下，整體材料生產(chǎn)成本降低，弱化原材料價格波動對生產(chǎn)廠商毛利率的影響，從性能和經(jīng)濟(jì)性上，都超過高鎳三元。

03 誰在量產(chǎn)四元?

量產(chǎn)四元鋰電池的賽道上，暫時只有LG新能源和蜂巢能源在上面奔跑。

LG新能源，前身是LG化學(xué)的電池事業(yè)部，2020年12月宣布獨立。6月8日，LG新能源啟動IPO，預(yù)計今年三季度上市，估值或達(dá)100萬億韓元（約合人民幣5733億元），有望刷新韓國最大IPO紀(jì)錄。

同一時間，LG新能源也宣布于今年7月給國產(chǎn)Model Y提供四元鋰電池，屆時有望將Model Y續(xù)航里程從500km提升至650km，緩解大眾的“里程焦慮”。

除了供貨特斯拉外，2020年3月，LG宣布與美國通用汽車共同推出一款新的電池產(chǎn)品Ultium，也采用高鎳四元NCMA材料，預(yù)計2022年量產(chǎn)，并搭載通用的悍馬電動車。

國內(nèi)方面，蜂巢能源也有四元鋰電池量產(chǎn)規(guī)劃。

蜂巢原本是長城汽車旗下的動力電池事業(yè)部，2012年就開始電池研發(fā)業(yè)務(wù)，2018年獨立，目前已完成A輪35億元融資，估值達(dá)到260億元，據(jù)總經(jīng)理楊紅新透露，蜂巢正在籌備B輪30~50億元融資，并預(yù)計2022年在科創(chuàng)板上市。

與LG新能源這一電池老將相比，新兵蜂巢并不遜色。2019年7月9日，蜂巢在首次發(fā)布會上就帶來了四元材料、無鈷電池，還有高效率的電芯疊片技術(shù)。今年下半年，四元電池有望實現(xiàn)量產(chǎn)。

不過，蜂巢的四元電池和LG的不大一樣，蜂巢選擇了中鎳路線，鎳含量為75%，將錳的含量提升至25%，能量密度為265Wh/kg，性能與NCM811相近，但熱穩(wěn)定性更好、循環(huán)壽命可達(dá)3000次。

目前蜂巢已投資485億元布局電池產(chǎn)能，共計110GWh，并在德國薩爾州建設(shè)24GWh，預(yù)計在2025年超出200GWh。

再把目光聚焦到四元正極材料上游，前驅(qū)體行業(yè)。國內(nèi)企業(yè)格林美、華友鈷業(yè)、中偉股份等都已經(jīng)具備量產(chǎn)NCMA前驅(qū)體的技術(shù)。

值得一提的是，格林美的主流客戶中有寧德時代，公司董秘在回復(fù)投資者提問時稱：“公司研發(fā)的NCMA四元前驅(qū)體材料已在進(jìn)行客戶噸級認(rèn)證”。

因此業(yè)內(nèi)有人認(rèn)為寧德時代可能正在進(jìn)行NCMA電池的研發(fā)工作，不過寧德時代也可能直接繞過四元材料，直奔固態(tài)電池，畢竟公司目前已經(jīng)公開硫化物固態(tài)電解質(zhì)專利，預(yù)計到2025年開始導(dǎo)入固態(tài)電池，屆時電芯的能量密度將大于400Wh/kg。

但目前，固態(tài)電池量產(chǎn)還是一件遙遙無期的事，國聯(lián)汽車動力電池研究院董事長熊柏青曾表示:“全固態(tài)電池現(xiàn)在距離商業(yè)化還很遠(yuǎn)，10年內(nèi)攻克全固態(tài)難度挺大，反正這5年沒戲了?！?/p>

四元作為三元和固態(tài)電池的過渡產(chǎn)品，固態(tài)電池難以商業(yè)量產(chǎn)背景下，比三元更具競爭優(yōu)勢，有望在鐵鋰和三元雙雄霸占的動力電池天下，圈出自己的份額。

參考資料：

國盛證券《 蜂巢出世，高速成長的鋰電后起之秀 》

安信證券《迎接硫酸鎳的高光時代》

德邦證券《 高鎳趨勢下的行業(yè)集中度提升 》

【方正電新】正極深度之一：動力電池命門---暗流涌動的正極市場探討 (qq.com)

LG新能源：新一代四元電池技術(shù)可破解“里程焦慮” - 中國粉體網(wǎng) (cnpowder.com.cn)