未来动力电池会以哪种电池为主，铁锂，三元，无钴，全固态？

特斯拉与CATL共同开发无钴电池的消息近几天引来了许多关注，未来动力电池会以哪种电池为主，铁锂，三元，无钴，全固态？

一、2019年情况分析

【核心观点：乘用车领域NCM三元目前占绝对主导地位】

2019年新能源汽车总装机量约62.2GWh，其中三元电池占比65.1%。在客车、物流车和特种车上，LFP应用较广，但在乘用车上，三元电池占绝对的优势，比例高达94%。

二、几种技术路线目前发展情况分析

【核心观点：LFP材料将持续发展；高镍NCM材料，NCA材料，或二者的改性材料NCMA，会在未来2-3年内逐步成为高能量密度电芯的主流；未来3-5年内无钴材料和全固态电池，能够有材料技术的突破，开始具备批量应用的能力。】

目前在新能源汽车上有发展潜力的锂离子电池技术包括磷酸铁锂、NCM三元、NCA三元、NCMA四元、无钴材料（高压镍锰、富锂锰基材料等）、全固态电池等，其发展情况见下表。由于钛酸锂的成本问题，和能量密度局限，本文不再讨论，而氢燃料电池属于另外一个领域，也不再赘述。

1.磷酸铁锂材料：

1）现状：目前在客车上已成熟应用。随着技术进步，其能量密度正在逐步提升，从2010年的120Wh/Kg提升至了目前的175Wh/Kg（方形铝壳）；

2）优缺点：“理论”安全性好，能量密度相对较低，“理论”循环寿命好，材料成本低；

3）发展方向：①通过掺杂、掺混等方式进一步提升能量密度；②通过其他技术手段提升能量密度，例如补锂技术，电芯结构优化并提升空间利用率，隔膜/基材/封装材料轻量化，负极材料优化等，与其他电池提升方式大致相同。

2. NCM三元材料

1）现状：目前乘用车上成熟应用材料（NCM523），同样在快速发展，从能量密度160Wh/Kg提升至目前的230Wh/Kg（方形铝壳）；

2）优缺点：相对能量密度高，“理论”安全性相对较差，“理论”寿命较差，材料成本相对高；

3）发展方向：①高镍化、高电压化提升能量密度；②低钴化降低材料成本；③通过其他技术手段提升能量密度，同LFP材料。

3.NCA三元材料

1）现状：目前日韩企业在高端车型上应用的高能量密度材料，国内仅少量应用；

2）优缺点：高镍、低钴，相比NCM三元能量密度高，同样“理论”安全性相对较差，“理论”寿命较差，材料成本相对高；

3）发展方向：①普及应用，通过批量化降低材料成本；②通过其他技术手段提升能量密度，同LFP材料。

（说明：NCA材料，同NCM811或更高镍NCM材料一样，是目前最有可能实现的下一代动力锂离子电池技术。）

4.NCMA四元材料

1）现状：目前尚未有批量应用，材料技术已出现多年，长城汽车投资的电池厂“蜂巢能源”，为“创新”而提出了批量应用该技术的口号；

2）优缺点：本质是NCM或NCA材料的改性技术，是高镍NCM材料和NCA材料优化性能的一个理论上非常可行的手段，其推广有利于高镍NCM材料和NCA材料的应用；

3）发展方向：突破应用，同NCA材料。

5.无钴材料（高压镍锰、富锂锰基材料等）

1）现状：尚处于实验室阶段，较高镍NCM材料和NCA材料更高能量密度的下一代材料技术；

2）优缺点：能量密度高，材料成本低，首次效率低和循环差（与NCM和NCA材料相比，差距极大，以致尚未具备应用条件）；

3）发展方向：材料技术发生突破，以具备应用条件。

6.全固态电池

1）现状：诸多电池企业或车企正在积极储备的下一代电池技术，目前已出现了一些具备小批次生产的小型企业，但均以“半固态”出现，相对常规锂离子电池技术，尚无明显优势；

2）优缺点：能量密度高，倍率性能差，尚未具备批量应用条件；

3）发展方向：材料技术发生突破，以具备应用条件。

7.小结

根据上述分析，笔者以为，会有以下发展趋势：

1）LFP材料将持续发展；

2）高镍NCM材料，NCA材料，或二者的改性材料NCMA，会在未来2-3年内逐步成为高能量密度电芯的主流；

3）未来3-5年内无钴材料和全固态电池，能够有材料技术的突破，开始具备批量应用的能力。

（说明：上述表述中，“理论安全性”、“理论寿命”、“材料成本”等表述，主要原因为材料的理论特性，并不能完全代表电芯的性能，以目前主流的NCM中镍材料电芯为例，其循环寿命已经能够与大部分LFP电芯相媲美；经过设计优化的NCM三元电芯，其成本不一定比一些LFP电芯高，主要是除了正极之外的其他材料的均摊成本也会对电芯成本产生很大影响；而至于安全性，LFP材料与NCM材料在安全性方面的表现是热失控的时候反应剧烈程度低一些，但是触发热失控的原因才是整个动力电池系统的最大安全隐患，比如BMS失效导致过充，严重的交通事故等，甚至有相当一部分的安全事故，并不是由于滥用，而是电芯或电池包加工控制不良所致，所以材料的理论安全性只是代表事故的剧烈程度，而不能代表安全事故的发生概率，也就是常说的“安全性”）

三、发展展望

【核心观点：乘用车的电动化是一个主流，但是电池技术不是独立发展的，而应该是和整车轻量化，充电便利性，以及用车习惯甚至其他交通方式相结合发展的过程。】

笔者以为，在未来5年内，随着电池技术和充电设施的发展，以及消费者用车习惯的变化，电动汽车的续航里程不会持续增长，而是主要利用技术发展对性价比进行提升，主要表现如下：

1.微型和小型车的续航会固定在400Km及以下，逐步全部切换为磷酸铁锂，磷酸铁锂主要以提升性价比为主；

2.紧凑型和中大型均会有多个配置，高配置在2022年达到600-800Km的续航，并大量使用目前比较先进的高镍NCM或NCA电池；中配仍以中镍低成本NCM三元结合CTP技术为主；低配500Km以下会采用LFP电池；

3.到2025年，高镍NCM或NCA成为中配，以轻量化/低电量化（以提升性价比）的成本优势，挤压中镍NCM三元，成为中配车型的主流；而高配会以无钴材料或全固态电池为主，但不会大幅提升电量，同样会是基于轻量化/低电量化（以提升性价比）的考虑。