如今，新能源汽車使用的往往是兩種主流動力電池，一種是磷酸鐵鋰電池，另一種則是三元鋰電池。如今，磷酸鐵鋰電池風(fēng)光無兩，占據(jù)主導(dǎo)地位。當(dāng)然，磷酸鐵鋰并不是一直這么風(fēng)光，曾經(jīng)三元鋰電池也力壓過磷酸鐵鋰，尤其是在乘用車中，三元鋰電池幾乎是所有汽車企業(yè)的首選動力，即便是比亞迪非常青睞磷酸鐵鋰，也曾隨市場大流嘗試研發(fā)、安裝三元鋰電池。
三元鋰電池，曾經(jīng)很風(fēng)光，如今有點(diǎn)落寞，也不知未來將如何？
資料來源：中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟
三元鋰電池的發(fā)明時(shí)間不算晚，20世紀(jì)初，三元鋰電池被發(fā)明出來，因其高容量、低內(nèi)陰的特點(diǎn)，迅速吸引了人們的目光。
1970年，早期的三元鋰電池被研發(fā)出來。?？松镜腗.S.Whittingham采用硫化鈦?zhàn)鳛檎龢O材料，金屬鋰作為負(fù)極材料，制成首個(gè)鋰電池。鋰電池的正極材料是二氧化錳或亞硫酰氯，負(fù)極是鋰。電池組裝完成后電池即有電壓，不需充電。
1982年，伊利諾伊理工大學(xué)的R.R.Agarwal和J.R.Selman發(fā)現(xiàn)鋰離子具有嵌入石墨的特性，此過程是快速的，并且可逆。與此同時(shí)，采用金屬鋰制成的鋰電池安全隱患備受關(guān)注，因此人們嘗試?yán)娩囯x子嵌入石墨的特性制作充電電池。首個(gè)可用的鋰離子石墨電極由貝爾實(shí)驗(yàn)室試制成功。
1983年，M.Thackeray、J.Goodenough等人發(fā)現(xiàn)錳尖晶石是優(yōu)良的正極材料，具有低價(jià)、穩(wěn)定和優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)鋰性能。其分解溫度高，且氧化性遠(yuǎn)低于鈷酸鋰，即使出現(xiàn)短路、過充電，也能夠避免燃燒、爆炸的危險(xiǎn)。
1989年，A.Manthiram和J.Goodenough發(fā)現(xiàn)采用聚合陰離子的正極將產(chǎn)生更高的電壓。
事實(shí)上，真正的三元鋰電池誕生于1991年，美國科學(xué)家蒂莫西·詹姆斯發(fā)明了第一款實(shí)用化的三元電池，即鋰錳電池，被稱為“詹姆斯三元電池”。該電池具有高功率密度、低內(nèi)阻和可調(diào)節(jié)溫度特性，在汽車、航空和航天等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
三元鋰電池此后發(fā)展出2個(gè)主要的體系，鎳鈷錳酸鋰（NCM）和鎳鈷鋁酸鋰（NCA），2018年起，高鎳三元材料出貨量占比明顯提升。據(jù)GGII，2018至2021年國內(nèi)高鎳（NCM811+NCA）出貨量占比三元正極材料總出貨量從8%升至38%，高鎳化趨勢強(qiáng)勢推進(jìn)。
2019年以來，電池安全性、成本控制等需求的強(qiáng)化也催生出新材料體系的誕生，其中韓系企業(yè)如SK創(chuàng)新對6系和8系材料混用以獲得安全與性能的平衡；LG化學(xué)2020年應(yīng)用NCM712體系，并與通用聯(lián)合探索NCMA電池；國內(nèi)蜂巢能源推出無鈷電池和NCMA電池，極大豐富了電池材料體系。
資料來源：電池應(yīng)用解析1/01/2024 (版本2.0)
三元鋰電池的高容量特性國內(nèi)電池電池企業(yè)看在眼里，不會無動于衷，比克電池率先介入到三元電池的研發(fā)與生產(chǎn)之中。比克電池與A123“分手”之后，就投入到三元電池的研發(fā)與生產(chǎn)之中，是國內(nèi)較早涉足三元鋰電池的企業(yè)之一。2015年，比克電池率先量產(chǎn)了高鎳三元811+含硅負(fù)極的18650電芯，目前量產(chǎn)的圓柱電芯正極鎳含量已由Ni50提升到Ni88。
三元鋰電池亮相之后，日本、韓國的電池企業(yè)對此格外偏愛，他們幾乎將所有資金全部投入到三元鋰電池的研發(fā)與生產(chǎn)之中，而對磷酸鐵鋰涉足比較少。
三元鋰電池在國內(nèi)得到迅速發(fā)展，與補(bǔ)貼政策有一定的關(guān)系。在補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)中，有一條規(guī)定，對滿足支持條件的新能源汽車，按3000元/千瓦時(shí)給予補(bǔ)助。插電式混合動力乘用車最高補(bǔ)助5萬元/輛；純電動乘用車最高補(bǔ)助6萬元/輛。也就是說，我國新能源汽車補(bǔ)貼按照能量密度作為重要參考標(biāo)準(zhǔn)。很顯然，磷酸鐵鋰與三元鋰電池相比，能量密度差了一大截，各家車企紛紛選擇三元鋰電池裝車。補(bǔ)貼高，市場價(jià)格競爭優(yōu)勢越明顯，在這個(gè)因素的驅(qū)動下，三元鋰電池的市場份額迅速升高。
根據(jù)公開發(fā)布的信息，2020年1至4月國內(nèi)三元鋰電池裝機(jī)量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，占比為72.87%，磷酸鐵鋰電池裝機(jī)量則跌至22.93%。新能源汽車的補(bǔ)貼截止時(shí)間為2020年12月31日，在補(bǔ)貼將要終止的那一年，三元鋰電池迎來了最高光的時(shí)刻。
三元鋰電池的推廣，背后也有中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟的力量，動力電池創(chuàng)新聯(lián)盟協(xié)助政府部門制定了多項(xiàng)政策措施。據(jù)了解，在政策制定的過程中，動力電池創(chuàng)新聯(lián)盟組織了多次聯(lián)盟企業(yè)開會研討相關(guān)問題。財(cái)政部、工信部等多部門確定的補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)是在充分征求企業(yè)的意見之后制定出來的。
但隨著補(bǔ)貼終止，三元鋰電池成本高的劣勢的顯現(xiàn)出來，磷酸鐵鋰技術(shù)進(jìn)步，成本低，又迅速恢復(fù)了往日的榮光。
資料來源：BloombergNEF
有研究機(jī)構(gòu)認(rèn)為，2028年，我國磷酸鐵鋰電池生產(chǎn)成本將降至55美元/千瓦時(shí)以下，三元高鎳8系降至65美元/千瓦時(shí)以。相對而言，鐵、磷元素的波動幅度較小，鎳元素的波動幅度較大，從歷史來看，倫敦金屬交易市場鎳元素的波動幅度較大。這造成了三元鋰電池的成本對鎳價(jià)波動更加敏感?？傮w一上，磷酸鐵鋰電池比三元鋰電池的成本低32%。沒有補(bǔ)貼之后，企業(yè)的選擇又紛紛從三元鋰電池向磷酸鐵鋰轉(zhuǎn)變。
動力電池創(chuàng)新聯(lián)盟的數(shù)據(jù)顯示，2024年1-12月，我國動力電池累計(jì)裝車量548.4GWh, 累計(jì)同比增長41.5%。其中三元電池累計(jì)裝車量139.0GWh，占總裝車量25.3%，累計(jì)同比增長10.2%；磷酸鐵鋰電池累計(jì)裝車量409.0GWh，占總裝車量74.6%，累計(jì)同比增長56.7%。