比三元贵一元？四元锂电池是电动车的解药or毒药？

车上的“三元”还没捂热，就说“四元”要来了。

最近关于四元锂电池的一则新闻引起了汽车圈内人士的热议，事情是这样子的，LG化学在不久前发布了一则消息，说自家的四元锂电池已被成功研发，最快今年内即可量产并装车使用。

报道一出，行内对于这新玩意的评价还有有些呈两极化分布的，支持的人认为这是电动车的一剂良药，能改善三元锂电池的一些缺陷，降低电池成本；对此事不感兴趣的一方则表示，四元锂电池不过是技术过渡产品，对影响整个电动车市场帮助不大。

公说公有理，婆说婆有理。

究竟事实如何？我们暂未可知，毕竟电池仍未量产。但相信有不少小伙伴对这新物种还是蛮感兴趣的，今天电哥就先从技术原理上给大伙分析分析，这比三元多了一元的四元锂电池到底是什么？有什么特长？是否能成为主流？

（三元）锂电池的原理

在介绍新玩意之前，还是按照惯例给大伙复习一下锂电池和三元锂电池的工作原理，别看很简单，要记着，下面要考的。

锂电池：

汽车上用到的动力电池，更准确的话应该被称作锂离子电池，锂元素在元素周期表中排名前列（第三），原子质量小，反应活泼，在电池放电时，锂离子摆脱正极束缚奔向负极，负极中的电子则流向正极，然后就形成电流。

而三元锂电池就是将上面这段话里面的“正极”替换成三种金属材料，我们常说的“三元”通常指的是镍（Ni）、钴（Co）和锰（Mn）组成的复合材料（也有用镍钴铝组成的NCA电池）。根据三种材料组合比例的不同，常见的三元锂电池（NCM）分为几种型号，包括NCM532、NCM622和NCM811……

在这其中，三种材料其实有“明确的分工”，镍负责提高材料活性，说白了它的含量越高电池能拥有越高的能量密度；钴虽然也有提升材料活性作用，但还能稳定材料的层状结构，减少阳离子混排；锰在材料中则起到了支撑作用，它的存在可以提升电池的稳定性。

我们都知道，目前电动车最需要的是提升续航，改善续航焦虑，那提升续航最直接的办法就是提高镍元素的含量比例，NCM811电池被原来越多的厂商所青睐，但强行降低钴和锰的含量，电池的稳定性自然就更难控制了。

从NCM/NCA到NCMA

当你了解了三元锂电池是什么一个概念之后，那么四元锂电池就很好理解了，你可以简单地将NCM和NCA两种电池的优势混合于一体，组合而成的NCMA电池。

想要理解NCMA，那肯定得先来了解NCA/NCM电池自身存在的一些问题。

其实NCA/NCM电池已经是万中选一的优秀方案，较高的可变容量、长循环周期和高工作电压，让它能适应多种工作场景。不过这在电动车上还不够，我们需要电池拥有更高的能量密度，从而获得更长的续航里程，怎么做，如上文所言，提升镍元素的比例。

就这样，镍含量在电池中占的比例越来越高，镍含量在不断地增加，但是过量的镍富集会导致材料的容量保持率下降和热稳定性恶化，说人话就是电池电量容易衰减，还有更容易发生燃烧、爆炸等安全事故。

为了消除高镍带来的负面影响，科学家想到的是在超高镍含量电池中加入掺杂剂，同时降低高价值稀有金属钴的含量，提高电池容量的同时，还能降低成本，一举多得。

四元锂电池的原理

LG的四元锂电池目前仍未量产，厂家也还没有公布更多关于这款电池的更详细的信息参数，但经过电哥顺藤摸瓜，翻查文献记录，这项研究最早源于韩国汉阳大学能源工程系Yang-Kook Sun教授研究团队联合德国能源与气候研究所的Chong S. Yoon一个科研成果，未来LG量产后的电池应该也和这项成果有着密切的关系。

（只想了解NCMA优点的看官请直接翻到下一章节查看）

这项研究是这样子的：

当团队将锂离子电池中的镍含量提升至90%左右的水平时，发现电池容量虽然上升了，但结构稳定性下降，电池多次循环后，电池容量下降严重，间接共沉淀法成功制备了Li[Ni0.90Co0.05Mn0. 05]O2（NCM90），Li[Ni0.888Co0.097Al0.015]O2 （NCA89）和混合型材料Li[Ni0.89Co0.05Mn0.05Al0.01]O2 （NCMA89）三种材料，在经过1%的铝掺杂后，NCMA89材料的热稳定性和化学稳定性得到了很大的改善。

成绩如下：

实验团队将三种电池进行多次循环充电测试，在半电池测试中，在相同的测试条件下经过100 圈的充放电循环后NCMA89， NCM90和NCA89的容量保持率分别为90.6%，87.7%和83.7%；在全电池的测试过程中，在25 ℃，3.0-4.2 V，1 C下，1000次充放电循环后NCMA89，NCM90和NCA89的容量保持率分别为84.5%，68.0%和60.2%。不管是半电池还是全电池的测试中，NCMA89电池成绩都是碾压级的存在。

NCA89， NCM90和NCMA89材料的电化学性能对比

这一切一切的功劳都要归功于铝离子的作用，铝离子能够增强材料晶体结构的稳定性，从而能够阻止材料在充放电过程中微裂纹的产生及扩散。

道理是这样子的，其实电池内部的充放电都是源于锂离子在电解液运动的功劳，但长时间工作后，电解质会让电池正极上的材料边沿出现微裂纹，而且这种微裂纹会不断扩散，导致材料结构发生机械破坏，电池的电化学性能便会出现明显衰减。

（a、b、c）NCA89，NCM90和NCMA89材料循环100周后的STEM；

（d、e）NCA89 和 NCMA89材料循环100周后表面初级颗粒的HRTEM；

（f）NCA89初级颗粒中心区域的HRTEM。

而在NCA或者NCM电池中加入金属离子，以提高结构稳定性。在各种掺杂金属中，铝是最广泛使用的掺杂剂，因为它在主体层状结构中起着稳定晶体结构的作用。此外，由于Al-O键的强度比M-O键的强度更高，有助于提高材料的热稳定性。

到底好在哪？

说了那么多，好像还是比较难以理解是么，电哥这次充当课代表来给大家总结归纳一下吧，到底NCMA四元锂电池有哪些优势。

其实说白了，NCMA电池就是在我们常见的NCM电池上再次提升镍的含量，增加电池容量的同时，通过加入铝这一金属离子，来保证电池的热稳定性和容量保持率在一个健康水平之上。

再简单一点说，电池还是一样安全耐用，车还能跑更远了。

这时，有人就会说了，LG费老劲，提升这么点续航，安全耐用也没有质的提升，为的是啥？

不知道大家注意到没，镍用量提升以后，再加入铝，电池的钴和锰的用量其实减少十分明显，特别是成本占大头的钴，含量直接降到了5%以内，按照LG官方给到减少70%钴用量计算，这笔账相当可观，对了，忘了介绍，2021年6月期间，钴的价格大概在35万元/吨。

虽然官方没有公布具体能剩下多少成本，但LG说了未来的日子里能推动NCMA电池成本降至100美元/kWh以下。

低价高能的NCMA电池说不定有希望助LG重夺失去的装机量冠军宝座。（此前被宁德时代反超）

电池何时能用？谁会用？

那究竟这LG自吹自擂这么厉害的NCMA电池什么时候能正式量产装机？

关子就不卖了，传闻是今年下半年就可以使用在量产车型上，但使用的厂商就有意思了，是特斯拉。为啥有趣，电哥和你唠唠。

其实LG要研发这款电池早就不是什么新鲜事，早在去年就有这样的消息传出，而且最早的时候，风声是传LG要和通用合作研发新的四元锂电池动力电池，匹配全新的Ultium平台，当时还曾为这项合作开过发布会，各种吹嘘新电池有多厉害厉害。

然后没想到一年没到，当LG传出电池即将研发成功之际，首批使用新电池的厂商就换成了特斯拉。特斯拉这次与LG合作为的就是降低长续航版本的Model 3和Model Y的成本，提升其电池容量，争取与海外使用松下电池的车型版本持平（甚至更大）。

而通用首款搭载四元锂电池的电动车应该最早也要到明年才能投产并面世了。那应该说是特斯拉截胡了呢，还是通用的速度太慢了呢？

NCMA虽好，但确是过渡方案

前文虽然说了那么多LG这个全新的NCMA四元锂电池的优势，那就是说那些行业内评价四元锂电池是过渡产品的都说错了？

那倒不是！

道理呢，非常简单，四元锂电池可以看作升级版的三元锂电池，在汽车界的话那就是改款产品，换代产品也算不上，短期内确实能让LG夺回一些失去的优势，但长远来看，LG仍需一款技术革新的电池来撑起场面。这样局面，我们从LG公布四元锂电池被成功研发当天，宁德时代股价的反应就能看出来了（宁德时代并未受到此消息影响市值已破万亿）。

其实，除了四元锂电池这样修修补补的方案以外，各家电池厂商都在为下一代电池做准备。石墨烯电池、固态电池、氯离子电池、钠离子电池……稍微搜一下各种的方案充斥网络，但谁也不知道最终跑出的会是哪个。

不说了不说了，车又没电了，又要去找充电站了。

充电的一个小时里，又能看看新闻，做做运动了。