高镍三元电池是什么？让电动车成本大降，日韩也疯狂研发

近年来，特斯拉、日本和韩国的电池厂纷纷研发了"高镍三元电池"，通过减少稀有金属钴的使用，增加铝和镍的含量，不仅可以降低成本，还能提升电池的能量密度。锂电池目前是电动车采用的主流电池类型，被视为新能源时代的石油。电动车的普及推动了锂电池需求的增长，然而疫情和战争导致金属原材料和零部件价格上涨，进而推动了锂电池价格的上涨。电池作为电动车的关键部件，成为各国政府争夺的国家安全战略物资，积极推动电池材料和矿源的自主化。另一方面，由于电池占整车成本的约40%，电池制造商也在努力通过材料和设计的调整来降低生产成本。

锂电池主要由正极材料、负极材料、电解液和隔离膜四大部分组成，其中约有70%的生产成本来自材料。据工研院材化所数据显示，采用高镍材料后，电池的综合单位成本可以下降8%以上。台泥旗下的锂电池制造商能元科技生产的电池芯采用"高镍三元电池"，具有高功率、低阻抗和快速充放电能力，适用于电动垂直起降飞行器（eVTOL）等应用。

增加镍含量从50%到80%，能量密度再增加17%。专注于电池研究的工研院产科国际所经理吕学隆指出，若将三元电池的镍含量从50%提高至80%，能量密度将增加17%。他认为，随着高镍三元电池生产规模的扩大，有助于降低电池的成本。从电池形状来看，主要有圆柱形、方形和软包形三种，业界观察到未来的车用电池将走向标准化的趋势。锂电池新创格斯科技执行长张忠杰观察到，许多采用软包形规格电池的欧洲车厂开始投入电池的标准化，通过规范电池模组的尺寸，不仅有助于提升电池底盘的组装效率，还将使得未来的电池回收更加容易。特别是由于生产电池所需的稀有金属资源有限，回收再利用将有助于稳定供应。

DIGITIMES研究中心资深分析师林芬卉表示，电池材料的回收再利用可以将材料成本减少约20%。看准电池回收商机的前特斯拉共同创办人兼技术长史特劳贝尔（JB Straubel）创立了电池回收新创公司Redwood Materials，加速在美国建设电池回收厂，每年将为超过百万辆电动车提供动力，并计划在2023年底前开始回收电池，其合作伙伴包括丰田、沃尔沃和松下等。另一方面，电池大厂积极投入简化电池结构设计，例如CTP技术（无模组电池包）和CTC技术（电池底盘），中国电池制造商宁德时代是CTP技术的代表企业。过去，动力电池的结构是将电芯组装成模组，再加上电池管理系统和热管理系统形成电池包，这种层层管理的方式导致电池占用面积过大和空间浪费。

新提出的CTP技术省去了电池模组，降低了汽车的重量，同时节省的空间可以放更多的电池，从而提升了续航里程。而特斯拉提出的CTC技术让电芯与车辆底盘整合在一起，虽然减少了更多的材料成本，但缺少了模组和电池包的保护，增加了电池的安全和稳定性风险，考验了电池厂商的技术实力。在尚未出现新的电池黑科技突破之前，电池厂商将通过调整材料和结构设计来应对未来的挑战。

 

作者

林唯耕教授

学历 | 美国马里兰大学博士

现职 | 国立清华大学工程与系统科学系，兼任教授

专长 | 电子组装散热、热管、环路式热管（CPL，LHP，PHP）、节能设计、太阳能储热与冷却、热流系统、电子元件之冷却、双相流、人造卫星及高空飞行物之热传元件