據(jù)稱地球上原無金屬，是屢次撞擊地球的行星為地球帶來了各種不同的金屬。顯然行星撞擊的時(shí)候隨意性太強(qiáng)，并給地球居民帶來了一定的困擾，其中之一就是鋰。這是目前電化學(xué)儲能系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛的金屬，但是目前鋰電池產(chǎn)業(yè)最紅火的地區(qū)——中國——卻受困于鋰資源的不充足。不過其他金屬也相繼走進(jìn)電池領(lǐng)地，讓電化學(xué)儲能變得眾彩紛呈。

磷酸鐵鋰和三元，真的是對手嗎?

說起來磷酸鐵鋰電池和三元電池都是鋰離子電池領(lǐng)域的兄弟，不過近兩年來，磷酸鐵鋰電池和三元電池似乎有一些你追我趕、各不相讓的趨勢。尤其是11月18日，工信部對《鋰離子電池行業(yè)規(guī)范條件(2021年本)》(征求意見稿)和《鋰離子電池行業(yè)規(guī)范公告管理辦法(2021年本)》(征求意見稿)進(jìn)行公示之后，業(yè)內(nèi)都發(fā)現(xiàn)，似乎對正在大踏步前行的磷酸鐵鋰電池有一定的抑制傾向：

新規(guī)范要求：能量型動(dòng)力電池項(xiàng)目單體能量密度應(yīng)≥180Wh/kg，電池組能量密度應(yīng)≥120Wh/kg。雖然磷酸鐵鋰電池組的能量密度超過120這個(gè)數(shù)字很不少，但是單體數(shù)字卻有點(diǎn)危險(xiǎn)，因?yàn)橹髁鞯牧姿徼F鋰電池單體能量密度還在160Wh/kg附近徘徊，按這么算，不少產(chǎn)品無法滿足新規(guī)要求。

但新規(guī)真的是在抑制磷酸鐵鋰電池嗎?

還是從正極材料說起。就像味道醇厚的鍋底是火鍋的靈魂一樣，正極材料也承擔(dān)著鋰電池的靈魂這一角色。在電池制造成本中，正極材料占比約40%。

正因?yàn)槿绱酥匾赃B鋰離子電池也是按正極材料來區(qū)分。經(jīng)過30余年的發(fā)展，當(dāng)前用作鋰電池的正極材料已經(jīng)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化的主要有鈷酸鋰(LCO)、錳酸鋰(LMO)、磷酸鐵鋰(LFP)和三元材料(NCM、NCA)。磷酸鐵鋰和三元是動(dòng)力電池中最大的兩類，所以尤其引人矚目。另外董明珠的銀隆公司用一種鈦酸鋰(LTO)的材料，但是鈦酸鋰并不是用來作為正極材料，而是用作負(fù)極材料。鈦酸鋰電池的正極材料依舊是磷酸鐵鋰或者三元材料等。

“三元”這一名稱來自三種金屬,是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰(NCM)或者鎳鈷鋁酸鋰(NCA)。以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽(鋁)為原料，里面三種的比例可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整。

在動(dòng)力電池領(lǐng)域，磷酸鐵鋰電池和三元電池爭競，是因?yàn)槎吒饔袃?yōu)勢。

從表中可以知道，和三元材料相比，磷酸鐵鋰的優(yōu)勢是安全性高，另外一個(gè)優(yōu)勢的成本比較低，劣勢是能量密度沒有三元材料高。

正因?yàn)槌杀镜膬?yōu)勢，在2017年以前，動(dòng)力電池中磷酸鐵鋰電池憑借比較相對低的成本可以說是一騎絕塵。但在2017年，因?yàn)楫?dāng)時(shí)的政策補(bǔ)貼鼓勵(lì)高能量密度，三元電池后來居上，很快取代磷酸鐵鋰電池的主流地位，最高達(dá)到了動(dòng)力電池68%的占比。

不過隨著政策補(bǔ)貼的退坡乃至消失，再加之對安全性的要求逐步提高，磷酸鐵鋰再次崛起，從去年年初以來，磷酸鐵鋰電池的裝機(jī)占比從38.3%開始一路追趕三元電池，到今年6月份，磷酸鐵鋰電池的裝機(jī)量實(shí)現(xiàn)反超，到今年11月數(shù)據(jù)，已連續(xù)5個(gè)月超過三元電池的裝機(jī)量。

那么今年11月18日的新規(guī)重提能量密度，是真的又重復(fù)2017年的老路嗎?

回答是：并非如此。其實(shí)新規(guī)里也給三元電池提出了要求：三元材料比容量≥175Ah/kg。在12月10日確定的《2021 年版鋰離子電池行業(yè)規(guī)范條件》中，三元材料比容量降為≥165Ah / kg。目前三元8系及以上高鎳材料毫無疑問均達(dá)標(biāo)，但三元5系及以下的量產(chǎn)比容量或有部分企業(yè)不達(dá)標(biāo)。顯然三元電池并不是高枕無憂。

也就是說，國家對磷酸鐵鋰和三元兩種材料都提出了更高的要求，兩者要在更長的賽道中表現(xiàn)自己的優(yōu)勢。

目前磷酸鐵鋰材料帶火了已經(jīng)多少年古井無波的磷化工市場，甚至包括新洋豐和云天化等好幾家傳統(tǒng)磷化工企業(yè)都大踏步進(jìn)入磷酸鐵鋰領(lǐng)域，這個(gè)賽道里依舊有它們大作為的空間。磷酸鐵鋰電池能量密度達(dá)到合規(guī)的程度，是相關(guān)企業(yè)的努力方向。

同樣，三元材料企業(yè)也繼續(xù)有持續(xù)的技術(shù)努力空間。目前三元材料技術(shù)方向主要是高鎳和低鈷甚至無鈷。高鎳是為了提升能量密度、安全性能和壽命，無鈷則是因?yàn)殁捥F了。全球 66% 鈷產(chǎn)量都出自政局不穩(wěn)定的剛果(金)。就在12月20日，外媒有消息稱，剛果(金)時(shí)局更糟糕了，疊加了非洲疫情，鈷價(jià)又要高漲。而且鈷元素并不參與電化學(xué)反應(yīng)，所以在高鎳的同時(shí)降低鈷，是提升電池能量密度和降低成本的好方法。

固態(tài)鋰電池和鋰硫電池能否扛大梁

為了提高鋰電池的能量密度和安全性，除了磷酸鐵鋰電池和三元電池的技術(shù)努力，全球還在固態(tài)鋰電池(包括半固態(tài)鋰電池)和鋰硫電池等方向上探索。

固態(tài)鋰電池方面，儲能頭條曾經(jīng)在《循環(huán)性能高達(dá)45000次!固態(tài)電池離沖鋒上陣還有多久?》一文中進(jìn)行過詳細(xì)說明。它是把液態(tài)電解質(zhì)替換為固態(tài)物質(zhì)，提高了鋰離子或金屬鋰的材料密度，能傳導(dǎo)更大的電流，進(jìn)而提升電池容量。因?yàn)楣虘B(tài)電池中沒有電解液，更安全，體積更小能量密度更大。

除了安全，體積小也是固態(tài)電池很吸引人的優(yōu)勢。在傳統(tǒng)鋰離子電池中，需要使用隔膜和電解液，它們加起來占據(jù)了電池中近40%的體積和25%的質(zhì)量。固態(tài)電解質(zhì)的使用使得電池的厚大大降低。

全固態(tài)電池技術(shù)也被市場認(rèn)為是下一代電池技術(shù)。

除了鈦酸鋰電池，還有一項(xiàng)鋰硫電池技術(shù)方向，它以硫?yàn)檎龢O材料，以鋰為負(fù)極。放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為鋰失去電子變?yōu)殇囯x子，正極反應(yīng)為硫與鋰離子及電子反應(yīng)生成硫化物，正極和負(fù)極反應(yīng)的電勢差即為鋰硫電池所提供的放電電壓。在外加電壓作用下，鋰硫電池的正極和負(fù)極反應(yīng)逆向進(jìn)行，即為充電過程。鋰硫電池的理論放電質(zhì)量比能量為2600Wh/kg。

固態(tài)鋰電池和鋰硫電池，都是很有希望能提高鋰電池功率密度的新技術(shù)，液態(tài)鋰電池的成本大約在1200-2000元/千瓦時(shí)，但如果使用現(xiàn)有技術(shù)制造足以為智能手機(jī)供電的固態(tài)電池，其成本會(huì)高達(dá)6萬元，更別說為汽車供電的固態(tài)電池成本了，所以固態(tài)鋰電池和鋰硫電池目前離產(chǎn)品市場化還有一段距離。

鈉離子電池和鋁離子電池能一較高下嗎?

12月20日，寧德時(shí)代回復(fù)投資者有關(guān)鈉離子電池的問題時(shí)說，之前公司已啟動(dòng)鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化布局，2023年將形成基本產(chǎn)業(yè)鏈。

鈉離子電池和鋰離子電池一對比，立刻就可以看出來它的優(yōu)勢所在：鈉豐度高，不像鋰資源那樣在地球多地區(qū)都捉襟見肘，這也同時(shí)帶來了鈉離子電池成本對比來說比較低。還有一個(gè)優(yōu)勢是環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，在低溫環(huán)境下不掉鏈子的概率比鋰離子電池裝機(jī)的新能源車要高。但與此同時(shí)它也有致命的弱勢是能量密度低。

在鋰離子電池的能量密度都不得不對續(xù)航要求抱以尷尬微笑的時(shí)候，鈉離子電池目前的能量密度只能說對續(xù)航要求有點(diǎn)不忍對視了。不過，寧德時(shí)代有辦法，在還無法通過技術(shù)大規(guī)模提升鈉離子電池能量密度之前，采取“混合動(dòng)力”模式，來保證能量供應(yīng)。不過這種混動(dòng)并非和汽油混動(dòng)，而是鈉鋰混動(dòng)。

在今年7月，寧德時(shí)代公布鈉離子電池開發(fā)已經(jīng)起步時(shí)，公布了AB電池解決方案：鈉離子電池與鋰離子電池能夠同時(shí)集成到同一個(gè)電池系統(tǒng)里，通過將兩種電池按一定的比例和排列進(jìn)行混搭，串聯(lián)、并聯(lián)集成，然后通過BMS的精準(zhǔn)算法進(jìn)行不同電池體系的均衡控制，這樣可以實(shí)現(xiàn)取長補(bǔ)短，既彌補(bǔ)了鈉離子電池在現(xiàn)階段的能量密度短板，也發(fā)揮出了它高功率、低溫性能的優(yōu)勢，這樣的鋰-鈉電池系統(tǒng)，就能適配更多應(yīng)用場景。

國內(nèi)目前除了寧德時(shí)代，發(fā)力鈉離子電池的并不多，不像鋰離子電池企業(yè)那樣群賢畢至、熱火朝天。曾經(jīng)有評論認(rèn)為，寧德時(shí)代是動(dòng)力電池整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈條的核心。寧德時(shí)代選擇了鈉離子電池賽道，也將對鈉離子電池的發(fā)展有著舉足輕重的引領(lǐng)作用。

鋁離子電池目前的消息更多是來自于印度公司Saturnose。不過這一技術(shù)的開發(fā)也比較早。

鋁離子電池的原理和化學(xué)方程式比較簡單：以高純度鋁為負(fù)極、氧為正極，以氫氧化鉀(KOH)或氫氧化鈉(NaOH)水溶液為電解質(zhì)。鋁攝取空氣中的氧，在電池放電時(shí)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，鋁和氧作用轉(zhuǎn)化為氧化鋁。

鋁離子電池可以在很短的時(shí)間內(nèi)充滿電，并可以反復(fù)充電7500次，表面上看，這一類電池是一種無污染、長效、穩(wěn)定可靠的電源。但自從上世紀(jì)60年代開始開發(fā)以來，卻沒有大規(guī)模應(yīng)用，是因?yàn)殇X電池有一個(gè)致命缺陷：不像鋰電池那樣抗腐蝕。若不使用鋰離子電池一個(gè)月，它們會(huì)損失5%的電量，而鋁電池由于鋁受到腐蝕的因素，會(huì)損失掉80%電量。

鋁電池在放電過程中陽極腐蝕會(huì)產(chǎn)生氫，這不僅會(huì)導(dǎo)致陽極材料的過度消耗，而且還會(huì)增加電池內(nèi)部的電學(xué)損耗?？茖W(xué)家們的應(yīng)對措施是將高純度金屬鋁中摻雜特定的合金元素以提高金屬鋁陽極耐腐蝕性，或者在電解質(zhì)中添加腐蝕抑制劑。

今年12月初宣布將實(shí)現(xiàn)鋁電池量產(chǎn)的Saturnose公司被人發(fā)現(xiàn)是一家成立于今年四月的公司，全球?qū)λ馨肽甓鄷r(shí)間就能克服“腐蝕作用”持有懷疑態(tài)度。不過Saturnose宣稱自己已經(jīng)在秘密狀態(tài)下進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)達(dá)五年之久。

如果真的鋁電池廠商拿出來能夠?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)的豐碩成果，那么它必然會(huì)成為電化學(xué)儲能的新的生力軍。

就目前來看，鋰電池依舊在技術(shù)上遙遙領(lǐng)先，磷酸鐵鋰和三元一前一后毫不相讓，在賽道上都需要努力才能達(dá)到工信部的要求，鈉電池和鋁電池也在邁出試探性步伐，如果能夠邁出足夠大的步伐，超越鋰電池也極有可能。

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