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特斯拉再变，四元上膛，正极江湖再起波澜
作者 / 罗京
编辑 / 封成
本文图片均来源于网络
就当资本市场为新能源车投资而欢呼雀跃时，现实中的车主却在担心自家的电动车会不会无故自燃。
根据亿欧智库，2020年中国一共发生27起电动车自燃事故，包括停放、行驶、充电、发生事故后，其中停放自燃的比重超过了44.4%。
自燃的背后，大部分是三元锂电池的热失控。
高能量密度和安全性被放上天平的两端，如何兼具二者是新能源车企不可回避的问题。
去年，比亚迪和宁德时代都推出了磷酸铁锂电池包的创新技术，通过减少零件数量，提升电池包的体积能量密度，达到安全和续航双目标。
但这一方案有诸多限制，高度的CTP往往需要电芯企业从底盘阶段就跟整车厂商形成合作，联合定制电芯，由于底盘的重要性，以及对供应保障的分散需求，车企需要衡量深度绑定的利弊。
如今，新的解决方案又出现了，四元材料。 这个比高镍三元更安全、稳定性更好、寿命更长、成本更低的材料，会成为未来的大趋势吗？现如今又有谁在量产四元电池？
据GGII数据，2021年5月我国磷酸铁锂电池装机量达到8.8GWh，占总装机量的63.6%，远超三元电池5.0GWh。
早在去年10年，磷酸铁锂就启动触底反弹行情，依托五菱宏光、国产特斯拉Model 3、比亚迪汉EV等爆款车型和头部新能源车企纷纷推出搭载铁锂电池的车型，磷酸铁锂电池装机量水涨船高。
这背后，离不开电池包创新。随着20年以来CTP和比亚迪刀片技术的推出，铁锂的潜力被进一步挖掘，电池包成组效率提升带来能量密度改善，铁锂迎来回潮。
然而相对于三元，磷酸铁锂发展前景已经出现瓶颈。
目前，铁锂单芯的实际能量密度已经接近理论极限，200Wh/kg。换言之，对车企而言，要想提高能量密度，只能从体积能量密度入手，比如比亚迪推出搭载刀片电池的汉，电池体积能量密度大到229Wh/L，续航里程为605km。
比亚迪汉刀片电池的成功更多是基于其 C 级车的设计基础，汉的轴距为2.92米，给电池包预留安装空间较大，而普通A级车的轴距为2.3-2.5米，在体积相对有限的 A 级车中，刀片铁锂仍难以让其续航突破 500km。
这会限制一部分对续航里程偏好较高的 A 级车主的消费选择，而这部分车主是我国乘用车消费大头，据乘联会数据，2020年国内乘用车A级车销量占比达到60%。
反观三元电池， 因三元正极仍处于技术迭代上升期， 三元电芯能量密度天花板在 300wh/kg 左右，相比现在 240wh/kg 的水平仍有 30% 提升空间。
中长期看，高镍三元电池还是缓解消费者“里程焦虑”的解药。
买过新能源车的车主普遍存在“续航焦虑”，担心驾驶电动 汽车 时，电池会突然没电而趴窝。
这种担心并非杞人忧天。目前国内的续航里程使用NEDC工况标准，在测试车辆续航时，会关闭类似于空调、大灯、音响之类的耗电设备，此外这个欧洲标准也很难适应我国复杂的城市道路工况，导致NEDC里程与真实里程存在一定差距。
人们在日常驾驶中会听音乐、开空调、使用车载 娱乐 系统等提升驾车舒适性的举动，都会耗费电量，进而影响到车辆的续航里程。
业内普遍认为，考虑到实际驾驶道路、空调开启情况和驾驶习惯等因素，一辆标称续航里程为400公里的新能源车，其实际续航大约在280公里左右，相当于打了7折，特别在冬天零下的环境中，车辆真实续航还有可能进一步打折。
综合来看，三元材料的潜力和改善空间都优于铁锂，车企们也不断朝着能量密度更高的高镍三元发展。
除了All IN 铁锂的比亚迪，国内自主车企目前仍以三元为主，有部分车型如荣威、小鹏 P7 也配备了同款铁锂版作为低配版供消费者选择。
对于定位中高端市场车型，无论国内还是海外车企多采用高镍三元方案，潜在爆款新车包括大众 ID4、宝马 IX3、福特 Mach-E、极氪 001、智己 L7、北汽阿尔法 S 等。
但三元并非完美无瑕，如何保证电池的热稳定性、提高循环寿命，都是横亘三元发展路上的障碍物。
由于三元材料中二价镍离子和锂离子半径接近，随着镍含量增加，三元材料在高温烧结制备时产生的Li、Ni混排的概率迅速上升，使得锂离子脱嵌困难，进一步使得材料的比容量和循环性能降低且难以逆转。
高镍三元容易爆炸更是让人头痛难解的问题。当高镍材料达200 度左右，电池内部化学物质就开始发生分解释放氧原子，锂电池出现鼓包，此时与汽化的电解液混合后，容易在高温下自燃。
根据新能源 汽车 国家监测与管理平台的数据显示，尽管新能源 汽车 的起火事故率为 0.9-1.2 次/万辆，低于燃油车 2-4 次/万辆的水平，但其中有8成安全事故电池系三元电池。
针对高镍三元材料种种痛点，四元材料迎难而上。
三元材料NCM中的每一种成分都起到不同的作用。镍（Ni）可以提高材料活性、提高能量密度；钴（Co）也是活性材料，主要系稳定材料的层状结构、同时减小阳离子混排，便于材料深度放电；锰（Mn）在材料中起支撑作用，确保充放电过程的稳定性。
但当镍的比例提高、钴的比例降低时，高镍三元材料的稳定性就备受考验，主要表现为循环充放电的容量损失和高温环境下电池容量加速衰减。
高镍与稳定性看似不可兼得，直至四元材料镍钴锰铝NCMA的出现，解决了这一大难题。
NCMA，顾名思义，比三元多一元铝（Al）。本质是用 Al 替代 Co，通过在 NCM 三元材料中掺杂 Al 粒子，所形成的 Al-O 化学键强度远大于 Ni(Co，Mn)- O 化学键，从化学性质上增强了正极的稳定性。
四元材料 NCMA（镍钴锰铝）并不是一项全新的材料体系，而是基于现阶段两大主流三元高镍材料 NCM 与 NCA 混合而成，最初由韩国汉阳大学 Un-Hyuck Kim 在 2016 年提出。
Un-Hyuck Kim团队实验发现，NCMA 四元正极材料在多轮充放电循环后，不可逆相变电压保持稳定，材料内部微裂纹较少，正极材料中过渡金属的溶解情况不明显。
此外，实验还对比了2032组电池，发现无论是 30 下的 100 次循环，还是 25 下的 1000周循环，NCMA 的容量保持率高于 NCM 和 NCA 约 10%。
在四元材料体系中，钴含量可以降低至 5%以下，镍含量提高至 90%，因此四元电池的能量密度也很高，再与高性能的硅碳负极材料搭配，可把电池能量密度抬升至新的一个台阶300Wh/kg，要知道，当下高镍三元NCM811和NCA的能量密度分别为260Wh/kg、280Wh/kg。
正极材料定价模式为“原材料成本+加工费”模式，原料价格透明，一般根据目前几种金属（包括硫酸钴、硫酸镍、硫酸锰、碳酸锂/氢氧化锂）的时点价格来定价，加工费里包含了企业利润，高低取决于烧结工艺成本的不同。
主流三元正极材料NCM523中，镍钴锰的比例分别为43.8%、33.2%、3.6%，高镍三元NCM811为60%、14.2%、1.0%。
由于硫酸钴的价格波动大，导致NCM523的成本时高时低，进而影响到正极材料企业的毛利率水平，但对NCM811的影响就小。
与此同时，高镍正极的加工费也比低镍高，具有更大的盈利空间。高镍材料的烧结温度低于低镍，需要进行二次烧结，因此电费会高于后者；在烧结过程中，还需要加入氧气，对窑炉等设备提出更高要求，这就导致高镍三元中原材料成本占比反而小于低镍，加工费却大于低镍，产品附加值更高。
据华安电新团队测算，NCM523行业加工费约为4-6万元/吨，而NCM811行业加工费约为6-8万元/吨。
高镍材料的使用可以带来四大材料各环节用量的进一步下降。 为达到同样的电量所需的高镍材料使用量明显低于普通三元材料，生产 1Gwh 电池，需要 NCM523 和 NCM811 的量分别为 1700 吨和 1400 吨，同时正极涂布面积下降，对应使得极片面积、隔膜面积及电解液量下降。
四元材料NCMA更是在NCM811的基础上，提升镍的比例至90%以上，而钴则进一步下滑至5%以下，整体材料生产成本降低，弱化原材料价格波动对生产厂商毛利率的影响，从性能和经济性上，都超过高镍三元。
量产四元锂电池的赛道上，暂时只有LG新能源和蜂巢能源在上面奔跑。
LG新能源，前身是LG化学的电池事业部，2020年12月宣布独立。6月8日，LG新能源启动IPO，预计今年三季度上市，估值或达100万亿韩元（约合人民币5733亿元），有望刷新韩国最大IPO纪录。
同一时间，LG新能源也宣布于今年7月给国产Model Y提供四元锂电池，届时有望将Model Y续航里程从500km提升至650km，缓解大众的“里程焦虑”。
除了供货特斯拉外，2020年3月，LG宣布与美国通用 汽车 共同推出一款新的电池产品Ultium，也采用高镍四元NCMA材料，预计2022年量产，并搭载通用的悍马电动车。
国内方面，蜂巢能源也有四元锂电池量产规划。
蜂巢原本是长城 汽车 旗下的动力电池事业部，2012年就开始电池研发业务，2018年独立，目前已完成A轮35亿元融资，估值达到260亿元，据总经理杨红新透露，蜂巢正在筹备B轮30~50亿元融资，并预计2022年在科创板上市。
与LG新能源这一电池老将相比，新兵蜂巢并不逊色。2019年7月9日，蜂巢在首次发布会上就带来了四元材料、无钴电池，还有高效率的电芯叠片技术。今年下半年，四元电池有望实现量产。
不过，蜂巢的四元电池和LG的不大一样，蜂巢选择了中镍路线，镍含量为75%，将锰的含量提升至25%，能量密度为265Wh/kg，性能与NCM811相近，但热稳定性更好、循环寿命可达3000次。
目前蜂巢已投资485亿元布局电池产能，共计110GWh，并在德国萨尔州建设24GWh，预计在2025年超出200GWh。
再把目光聚焦到四元正极材料上游，前驱体行业。国内企业格林美、华友钴业、中伟股份等都已经具备量产NCMA前驱体的技术。
值得一提的是，格林美的主流客户中有宁德时代，公司董秘在回复投资者提问时称：“公司研发的NCMA四元前驱体材料已在进行客户吨级认证”。
因此业内有人认为宁德时代可能正在进行NCMA电池的研发工作，不过宁德时代也可能直接绕过四元材料，直奔固态电池，毕竟公司目前已经公开硫化物固态电解质专利，预计到2025年开始导入固态电池，届时电芯的能量密度将大于400Wh/kg。
但目前，固态电池量产还是一件遥遥无期的事，国联 汽车 动力电池研究院董事长熊柏青曾表示:“全固态电池现在距离商业化还很远，10年内攻克全固态难度挺大，反正这5年没戏了。”
四元作为三元和固态电池的过渡产品，固态电池难以商业量产背景下，比三元更具竞争优势，有望在铁锂和三元双雄霸占的动力电池天下，圈出自己的份额。
参考资料：
国盛证券《 蜂巢出世，高速成长的锂电后起之秀 》
安信证券《迎接硫酸镍的高光时代》
德邦证券《 高镍趋势下的行业集中度提升 》
【方正电新】正极深度之一：动力电池命门---暗流涌动的正极市场探讨 (qq.com)
LG新能源：新一代四元电池技术可破解“里程焦虑” - 中国粉体网 (cnpowder.com.cn)
高镍三元锂电池股票有哪些
1、德赛电池
德赛集团现拥有各类合作、合资、全资公司近50家，拥有一家深圳证券交易所上市公司。
主营业务是研究、开发和销售无汞碱锰电池、一次锂电池、锌空气电池、镍氢电池、锂聚合物电池、燃料电池及其他种类电池、电池材料、配件和设备。2014年3月入选中国梦50节能环保公司。
2、宁波容百新能源
宁波容百新能源是一家高科技新能源材料行业的跨国型集团公司，专业从事锂电池正极材料的研发、生产和销售，由中韩两支均拥有二十余年锂电池正极材料行业成功创业经验的团队共同打造,公司于2019年7月22日登陆上交所科创板，成为科创板首批25家上市公司之一。
3、杉杉股份
宁波杉杉股份有限公司成立于1992年，公司自1996年股票上市以来由国内第一家上市的服装企业转型为新能源上市企业，现有业务覆盖锂离子电池材料、锂离子电容、电池PACK、充电桩建设及新能源汽车运营和能源管理服务等新能源业务；
以及服装、创投和融资租赁等非新能源业务，其中新能源成为公司主要的业绩来源及未来发展重点。
4、天鹏电源
江苏天鹏电源有限公司是蔚蓝锂芯（深圳证券交易所代码：002245）的全资子公司。天鹏电源拥有两个大型生产基地，总投资规划超过五十亿元，是一家专注于圆柱三元锂电芯的制造商。
5、宁德时代
宁德时代新能源科技股份有限公司成立于2011年，是国内率先具备国际竞争力的动力电池制造商之一，专注于新能源汽车动力电池系统、储能系统的研发、生产和销售；
致力于为全球新能源应用提供一流解决方案，核心技术包括在动力和储能电池领域，材料、电芯、电池系统、电池回收二次利用等全产业链研发及制造能力。
参考资料来源：百度百科-宁德时代新能源科技股份有限公司
参考资料来源：Tenpower-关于我们
参考资料来源：百度百科-宁波杉杉股份有限公司
参考资料来源：容百科技-企业概况
参考资料来源：百度百科-德赛电池
无钴电池是技术突破还是概念误导？ 蜂巢能源叫板宁德时代 比亚迪
经济观察网 记者 干群芳?作为动力电池技术突破方向之一，无钴电池在被特斯拉和宁德时代炒热之后，却由一家成立仅2年的企业抢先发布。5月18日，蜂巢能源科技公司发布了两款无钴电池，计划最早将于2021年6月份推向市场，其中一款电池的NEDC工况续航里程最高可达880公里。在发布会预热阶段，蜂巢能源甚至高调地将无钴电池的性能与宁德时代、比亚迪和特斯拉等企业进行对比宣传。
蜂巢能源成立于2018年2月，由自主品牌龙头企业长城汽车的动力电池事业部独立而来，计划以高端动力电池开启市场化运作。2019年7月，蜂巢能源对外公布了叠片工艺、无钴材料和四元材料电芯产品规划；2019年11月，其常州金坛动力电池工厂一期项目正式投产。而此次发布的产品，是蜂巢能源在无钴电池领域的最新进展。
钴是三元锂电池正极材料的重要元素之一，主要起到稳定结构的作用，占正极材料成本比例达30%。但由于钴在全球储量有限，且区域分布集中，被认为将影响新能源汽车长期稳定发展。从2016年至2018年，随着新能源汽车行业的快速爆发，钴的身价也不断上涨，每吨价格从2万美元上涨至9万美元。业内预测，如果不考虑回收，2026年以后钴将供不应求。
为了降低成本和打破有限资源限制，全球电池供应商和车企在电池产品研发中都在尽力降钴甚至是“去钴化”。目前动力电池两大主流技术路线中，能量密度具备优势的三元锂电池从NCM111、NCM523、NCM622发展到NCM811，钴的比例在逐步降低；而另一路线磷酸铁锂电池本身不含钴，但能量密度天然存在短板，因此车企试图通过结构创新来进行弥补，例如比亚迪今年推出的刀片结构磷酸铁锂电池。
对于三元锂电池的完全去钴，今年两家动力电池巨头都发布了最新信息，并将无钴电池推上了行业热点。2月18日，特斯拉表示将自主研发新电池，含钴量可能为零。这一技术路线调整的信号随即对上游供应商的股价带来了立竿见影的效果。此外，宁德时代近日也在2019年业绩说明会上表示，公司有无钴电池技术储备，目前研发进展顺利，正在想办法完善供应链。
“实现无钴是为了降低材料成本，但其实降低的幅度很有限，所以之前电芯厂并没有关注这个问题。可以说，大家对无钴材料的关注，是因为今年特斯拉的引导，特斯拉的超级电池日也可能会发布一些相关的结果。”一位电池产业资深分析师向经济观察网记者表示。
抢先宁德时代和特斯拉发布产品的蜂巢能源，是如何做到无钴的？根据发布会内容，蜂巢能源无钴电池采用了镍锰酸锂材料。这一技术在20年前就已经有了理论基础，但受限于电解液和循环性能的问题，一直未能产业化。而蜂巢能源通过阳离子掺杂技术、单晶技术、纳米网络化包覆三项关键技术，实现这种电池的规模化应用。
据蜂巢能源对媒体透露，其无钴电池能量密度和三元基本相当，安全性比三元好，但是不如铁锂，成本有望做到和铁锂差不多，或者略高一点点，肯定比三元要低。此次蜂巢能源发布的两款产品中，第一款电芯容量为115Ah,能量密度为245wh/kg，在整车端能够实现15年120万公里的质保，计划在2021年6月份推向市场；另一款电芯容量为225Ah，以B级轿车为模型，仿真测得NEDC工况续航里程最高可达880公里。
尽管率先推出无钴电池，但蜂巢能源的技术路线却在业内引发了争议。“三元材料不用钴实现优异性能是很难的，蜂巢能源不是真正意义上的三元去钴，而是找了一类本来就不含钴的材料。如果是真正意义上的三元去钴，那么能量密度应该是比三元锂电池更高，而蜂巢能源的无钴电池能量密度介于三元和磷酸铁锂之间。”上述电池产业资深分析师告诉经济观察网记者。真锂研究总裁墨柯日前在接受媒体采访时也表示，目前从技术层面暂时无法做到真正意义上的无钴，估计未来两三年内全球还没有哪家电池厂可以做到。
“钴资源属于稀缺资源，地壳含量比锂还少，当前研发无钴材料主要从未来资源安全的角度考虑，但是目前阶段我国新能源汽车的市场规模看考虑这个问题还过早，当然从技术的角度储备无钴电池技术是必须的。”一位电池产业资深分析师认为，现阶段宣传无钴电池不排除有过度宣传的嫌疑。对于蜂巢能源的发布会，有业内人士分析称，除了先声夺人吸引客户之外，不排除有吸引投资的目的。今年4月，蜂巢能源宣布引入国投招商投资管理有限公司的战略投资，并且公司正在进行第一轮融资，计划2022年申请科创板上市。
目前从应用端来看，蜂巢能源无钴电池的技术路线确实与磷酸铁锂和三元锂电池不同，这能否助其实现“进入全国动力电池排名前三”的野心？近两年，国内动力电池形成了以宁德时代、比亚迪、国轩高科三家为主的稳定头部格局，但随着特斯拉的国产以及新能源汽车渗透率的提升，格局被认为有望重塑。今年4月份，韩国LG化学的出货量在国内位居第二。在全球，LG化学第一季度反超特斯拉拿下第一。目前，动力电池企业都在争相推出更具竞争力的产品，抢食未来巨大的市场蛋糕。
而从整车企业剥离出来的蜂巢能源，除了供货长城汽车之外，正加速和国内外多家车企推进合作。对于此次发布的无钴电池，蜂巢能源表示已经在与两家欧洲车企进行合作。不过，对于最终的市场竞争力，多位业内专家持观望态度。“现在（蜂巢能源无钴电池）只是规划，2021年才说量产，具体性能指标也都是写在PPT上的，目前无法判断其竞争力，也不存在对动力电池竞争格局会带来什么影响之说。” 伊维经济研究院研究部总经理吴辉向经济观察网记者表示。
一位动力电池技术专家指出，蜂巢能源推出无钴电池，除了在安全性、长寿命和可靠性上进行研究，另一关键的要素是降成本。“市场真正需要的是一块性能优异价格低廉的电池，蜂巢能源无钴电池能不能抢占先机要用产品说话。看最后装上整车的动力电池的性能和价格。”赛迪顾问股份有限公司高级分析师邵元骏向经济观察网记者表示。
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三元锂电池的有哪些上市公司
三元锂电池上市公司有：比亚迪、成飞集成、多氟多、洛阳钼业、亿纬锂能、金鹰股份、长信科技。如您需了解股票行情，可以登录平安口袋银行APP-金融-股票期货-证券服务查询信息。
温馨提示：以上解释仅供参考，入市有风险，投资需谨慎。您在做任何投资之前，应确保自己完全明白该产品的投资性质和所涉及的风险，详细了解和谨慎评估产品后，再自身判断是否参与交易。
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