隨著電動汽車市場的快速增長，對高性能、長壽命和安全可靠的鋰電池需求越來越高。然而，長期以來，鋰電池的制造成本一直是制約其大規(guī)模應用的主要因素之一。為了降低成本，企業(yè)開始加大技術研發(fā)力度，通過創(chuàng)新材料、工藝和生產方式，尋找成本優(yōu)化的突破口，為鋰電池產業(yè)的中長期發(fā)展注入動力。
在鋰電池產業(yè)的發(fā)展進程中，現(xiàn)有材料體系的迭代升級是推動能量密度提升，實現(xiàn)增效降本的關鍵。正極材料，作為鋰電池產業(yè)鏈中的關鍵一環(huán)，是鋰電池電化學性能的決定性因素，直接決定電池的能量密度及安全性，進而影響電池的綜合性能。
磷酸鐵
目前，正極材料的開發(fā)主要集中在鎳、鈷、錳和四大類。等元素的化合物上，并通過化合物反應生成電池前驅體，再與氫氧化鋰或碳酸鋰反應形成正極材料，這些材料主要分為鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料。
其中，磷酸鐵鋰和三元材料在市場上占據(jù)主導地位。據(jù)不完全統(tǒng)計，2023年，國內磷酸鐵鋰電池的產量和裝車量分別達到531.4GWh和261GWh，同比增長分別為59.9%和42.1%，占總比重的68.3%和67.3%。三元鋰電池的產量和裝車量分別為245.1GWh和126.2GWh，同比增長分別為31.5%和14.3%，占比分別為31.7%和32.6%。
由于磷酸鐵鋰和三元材料下游應用領域相似，兩者之間的競爭也異常激烈。近年來，隨著新能源汽車補貼政策的退坡，三元正極材料高能量密度所帶來的補貼優(yōu)勢正在減弱。為了在市場競爭中保持領先地位，三元材料的技術迭代成為了行業(yè)發(fā)展的必然選擇。
正極材料升級方向：三元電池高鎳去鈷
三元材料是由鎳鈷錳(NCM)或鎳鈷鋁(NCA)三種元素通過不同配比組成的。鎳、鈷、錳三種元素在電池正極中各自扮演著不同的角色，其中提高鎳的比例可以增加電池的能量密度，而鈷的存在有助于穩(wěn)定電池化學結構。
圖源：百度
然而，鈷是稀缺資源，價格昂貴且供應情況不穩(wěn)定，因此，研發(fā)高鎳低鈷或無鈷的三元材料成為提升電池性能和降低成本的關鍵途徑。即三元材料的升級之路主要集中在“高鎳去鈷”方向。
降低成本：鈷作為一種重要的戰(zhàn)略金屬，是電池材料、超級合金、硬質合金、磁性材料的重要原料，鈷及其合金可廣泛應用于機械、化工、航空航天等行業(yè)。
在電池制造中，鈷的使用量占到全部鈷使用量的40%。但鈷作為昂貴的金屬材料，價格高居不下，且作為稀缺資源，高度集中于個別國家，價格波動較大，這對新能源行業(yè)的發(fā)展趨勢影響較大。
圖源：百度
提升能量密度：鈷在三元電池中主要起到穩(wěn)定結構的作用，不參與電化學反應。因此降低鈷的比例，提高鎳的比例，可以有效提升電池的能量密度。這不僅有助于解決新能源汽車的續(xù)航里程問題，還能減輕車輛設計中的重量負擔。
在全球范圍內，特斯拉等企業(yè)已經開始在鋰電池生產過程中減少鈷的使用量，這既是出于對鈷資源稀缺性的考慮，也有助于降低電池成本并提高能量密度。此外，日本東芝已經開發(fā)出不含稀有金屬鈷的鋰離子電池，該電池在測試中表現(xiàn)出色，能在5分鐘內充電至80%，東芝表示將爭取在2028年實現(xiàn)商業(yè)化。而此前，松下能源已推出鈷含量低于5%的電池。
市場上宣傳的無鈷電池通常采用不含鈷的正極材料或替換三元材料中的鈷元素，但這些替代品的性能往往無法與鈷相媲美。據(jù)了解，高鎳無鈷材料目前仍面臨鋰鎳混合情況惡化，鋰離子擴散系數(shù)降低，材料的倍率性能差等問題。未來，三元電池真正去鈷后的安全性、電解液匹配等技術難題仍有待突破。
總體來說，隨著動力鋰電池行業(yè)的逐步成熟，技術革新已經由政策推動過渡為市場驅動。在經濟效益和市場需求的雙重推動下，企業(yè)正不斷探索新技術，以期實現(xiàn)成本優(yōu)化和性能提升，為鋰電池產業(yè)的中長期發(fā)展注入動力。未來，隨著技術的不斷突破和應用的進一步普及，我們有理由相信，動力鋰電池行業(yè)將迎來更加廣闊的發(fā)展前景。
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