尋找動力電池材料適合的細分賽道

最近幾年，隨著電動車普及率大幅提高，動力電池迎來全面爆發時刻。但動力電池沒有摩爾定律，不會像半導體那樣飛速迭代。動力電池的技術基礎是電化學，元素周期表在100多年前就已經基本定下，它需要通過排列組合不同的化學元素，以及解決一個又一個工程學問題，來漸進式升級迭代。

這種迭代主要分為材料升級和結構革新，其中正極是決定動力電池能量密度的核心。目前的技術格局中，正極材料成熟且優化空間較小，短期突破點聚焦在負極材料上，而對固態電池顛覆式創新的期望，正推動很多冒險者激流勇進。

正極材料的混戰

如今，動力電池正極呈現了磷酸鐵鋰與三元材料并行的局面。

其中，三元鋰電池的正極材料主要是鎳鈷錳酸鋰，以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料，其中鎳鈷錳的比例根據需要調整。三元材料的技術演進的本質就是鎳的比例不斷提升、鈷的比例不斷下降、能量密度不斷提高的過程。

以我們投資的容百科技為例，容百科技還在很早就押注了動力電池的高鎳化，高鎳化是近幾年里出現的新趨勢。高鎳也就意味著去鈷，最早之所以要加鈷，是為了防止電池自燃、爆炸。

然而，鈷在地球上的總儲量不是很大，且主要集中在非洲剛果等地。如今鈷已經成為限制動力電池成本下降的重要原因。馬斯克就曾表示，鈷的比例必須下降，不然電動車的成本永遠降不下來。

在車企和電池廠商的推動下，2020年成為了高鎳元年，寧德時代高鎳電池開始起量，而容百科技作為正極材料供應商，綁定了寧德時代成為該領域的龍頭。隨著高鎳技術越來越成熟，2021年高鎳在寧德時代的總裝機量中，占比提升至30%。不過高鎳在工程上并不容易做到。

與三元材料的優缺點互換的另一條技術路線是磷酸鐵鋰。磷酸鐵鋰電池的優點十分明顯，包括安全性高、高溫性能好、使用壽命長、原材料成本低等。

比如，磷酸鐵鋰的循環壽命很長，在2000次以上，而三元鋰電池一般在1000次；磷酸鐵鋰正極材料的分解溫度，高達700℃，非常安全；磷酸鐵鋰原材料不含金屬鈷，這就讓成本比三元鋰電池低了近20%。

與優點相對的是，磷酸鐵鋰的缺點也十分明顯。磷酸鐵鋰理論能量密度在190Wh/kg，遠低于三元鋰電池的350Wh/kg，尤其是在低溫下的性能衰減很大，那些一到冬天電量就瘋狂掉的電動車，多數用的都是磷酸鐵鋰電池。

不過，這些能量密度的損失在某些場景下也可以接受，比如磷酸鐵鋰漲價后才60～70元/公斤，三元鋰電池價格約180～190元/公斤，是磷酸鐵鋰的3倍，所以說可以接受。

2017～2018年，當國家補貼高能量密度材料時，三元鋰電池是很有優勢的。但自補貼退坡以后，磷酸鐵鋰的價格優勢就完全體現了出來。從2021年開始，磷酸鐵鋰的裝機量一直在增加，從幾年前的市場只剩20%左右，增長到今天的50%，足以與三元分庭抗禮。

如果從整個動力電池產業鏈來看，當下還有很多不夠成熟的地方。從理論上講，一個成熟行業會是下游最賺錢，就可能是整車的利潤率大于電池，大于材料，大于礦。但現在的實際情況是，由于整車發展速度很快，但上游礦的投資周期很長，一時間供給跟不上需求，現在鋰礦、鎳礦價格飆升，反而擠壓了下游，在一定程度上影響了正極材料的技術路線選擇。

負極材料的探索

隨著正極材料的磷酸鐵鋰與三元材料已經逐漸優化到極致，人們把目光投向負極。目前，我們廣泛使用的負極材料是石墨，但石墨的理論能量密度是372mAh/g，現在已經優化到了350～360mAh/g，急需用新的材料來突破。

下一步，我們想用的材料是硅。硅的理論容量高達4200mAh/g，是石墨的十倍多。但硅有一個問題，就是在電池的充放電循環過程中，隨著鋰離子的嵌入和脫出，硅的體積膨脹率非常大，純硅高達300%，這會引起電解液的消耗，進而導致電池使用壽命的急劇下滑。

石墨之所以好用，就是因為它的體積膨脹率比較低，只有10%～13%左右。目前，產業界想到的折中方案是，用5%～20%的硅來形成石墨+硅的復合負極材料，在可以接受的體積膨脹率之下，盡可能去提升容量。

不過，目前硅碳負極出貨量還不高，一方面一些技術難題還沒有被攻克，比如說石墨本來可以循環3000次，但加了硅就減半到1500次，同時硅碳的成本也居高不下。

人們對負極材料曾經做過很多探索，其中最典型的非鈦酸鋰莫屬。2021年格力電器成為格力鈦新能源（原珠海銀隆）的控股股東，而這家2008年成立的公司致力于探索鈦酸鋰技術路線。

鈦酸鋰是優劣勢都非常明顯的材料。優勢是倍率性能、循環性能特別好，電池的循環壽命幾乎是無限的，非常適合公交車等營運時間長，需要考慮循環壽命和成本的應用場景。

但鈦酸鋰的電壓平臺太高了，導致能量密度太低。這些問題決定了鈦酸鋰很難大規模商用，只能在一些特殊的場合，比如零下40度的超低溫，需要特別高的功率。在政府補貼時代，鈦酸鋰紅極一時，但當補貼退坡后，還是很難自負盈虧。

一項技術從實驗室走向大規模商用并不容易，經常會出現技術路線之爭，無論是磷酸鐵鋰和三元材料，還是石墨、硅、鈦酸鋰等等，但從結果來看，最終格局不一定是一邊倒的局面，而是各自找到了最適合的細分賽道。