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车载动力电池高镍减钴成趋势

湖南省有色金属管理局 www.hnys.gov.cn   时间:2018年09月03日 【字体:

  当前动力电池产业格局正在上演中日韩间的“三国杀”,早期受政策红利和补贴优势,中国电池产业已取得长足的进步,我国成为全球动力电池出货量最大的国家。宁德时代、比亚迪等迅速崛起,并在技术方面已经与外资企业相差不大,但客观的说我国电池整体产业仍不具备全面抗衡日韩的能力。

  近日一则消息引起了电池产业新的话题点,消息称宁德时代预计明年推出采用NCM811(镍钴锰三元锂)技术的新型电池。如果这一计划顺利落地,对于中国甚至全球新能源汽车动力电池行业格局都将产生重要影响。

  NCM811电池是指三元锂电池中正极材料的镍钴锰比例为8:1:1,也是我们常说的高镍电池。高镍意味着更高的能量密度以及更低的钴含量,由于钴价昂贵且不稳定,因此高镍811电池既能增加续航又能大幅度降低成本。而当前国内普遍使用的三元锂电池型号为523,少数企业可以生产622型号电池。

  根据工信部《汽车产业中长期发展规划》要求,到2020年新能源汽动力电池单体比能量达到300Wh/kg以上,力争实现350Wh/kg,系统比能量力争达到260Wh/kg,成本降至1元/Wh以下。到2025年,新能源汽车占汽车产销20%以上,动力电池系统比能量达到350Wh/kg。

  当前主流的NCM523电池可以达到160-200Wh/kg,而NCM622和NCM811分别可以达到230Wh/kg和280Wh/kg。因此要实现规划中动力电池能量密度和续航里程的要求,大力发展NCM811电池成为必然的趋势。

  钴价格上涨导致的成本压力是“催化剂” 

  上游原材料价格上涨让电池生产商压力山大,而正极原材料钴价格上涨带来的成本压力最大。为了缓解成本压力,国内主流电池企业基本都选择通过三元正极材料创新来降低钴的使用比例。

  公开资料显示,目前包括比亚迪、宁德时代、国轩高科、杉杉能源等均在高镍811电池领域展开了布局。通过提升镍的比重,提升电池能量密度,同时降低钴的使用,在成本方面抵御了三元材料价格上涨带来的成本压力。

  比亚迪此前曾表示,预计2019年下半年开始应用三元高镍811电池。今年年初,国轩高科表示已经开发出三元811材料软包电芯,能量密度能够达到302wh/kg,并预计在2019年小批量生产供应。

  高镍电池中国企业话语权不高 商业化普及尚需时日 

  尽管811三元体系材料受到业界追捧,但其技术短板导致的商业化之路也是现实问题。

  技术层面镍元素具备不稳定特性,高镍电池生产制造过程当中容易出现循环性能减弱、安全性能下降、充电效率降低等不良反应。而在存储和生产工艺层面难度更大,高镍三元材料在存储使用过程中容易吸潮成果冻状,不易调浆和极片涂布,对生产设备的各项性能要求非常高。

  另外高镍材料必须在纯氧环境中,且必须用氢氧化锂做锂源进行高温合成,所以正极材料企业采用的窑炉材质必须耐氧气腐蚀,耐碱腐蚀,但国内的制备技术鲜有能够达到标准的。即便设备达标,高镍811动力电池还有包括热管理系统、供应体系重塑等问题需要解决。

  高镍三元动力电池领域中国企业话语权确实不高,目前这一领域商业化做的最好的是松下,其应用在特斯拉Model 3上的21700圆柱型电池,通过改良高镍正极材料和硅碳负极材料的应用,电池能量密度达到20%的提升。

  除松下外,韩国锂电巨头LG化学、SKI、三星SDI也都在积极备战高镍811电池,此前现代发布的 Kona EV 纯电动SUV,其电池由LG化学提供采用NCM811电芯。

  另一家韩国电池企业SKI也在去年宣布,开始量产NCM811电池,用于能量储存系统的电池,并在2018年第三季度提供用于电动汽车的电池。

  而三星SDI主要的战略合作是宝马,根据宝马的规划,i3要在2018年才会使用NCM622,2012年才会用上NCM811的产品,相对比较保守。

  最新消息, LG化学和SKI NCM811电池计划有所推迟,虽然在批量商业化层面无法大批量供给车企使用,但两家企业的技术储备仍不容轻视。回到国内企业,当前宁德时代旗下新能源汽车动力电池主要是NCM523电池,从NCM523直接跨越至NCM811,宁德时代还需攻克不少难题。

  长远的看,想要达到2020年及以后的动力电池能量密度发展要求,现有的液体电解质电池体系恐怕无能为力。固态锂电池则有望成为下一代车用动力电池主导技术路线。

  由于不需要电解液和隔膜,而是由固态电解质取代,相同能量密度下,固态电池的厚度会更小。重量方面,在使用固态电解质后,石墨负极可用金属锂替代,以减轻负极材料的用量,使整个电池重量明显减轻。同时,更高的安全性,更好的快速充电能力也是其较目前锂离子电池的优势。在集成进电动汽车时,固态电池还具有结构紧凑、规模可调、设计弹性大等利于整车集成的特点。

  综合而言,近年来材料成本的降低、电池性能的提升是NCM811发展的推动力,但受技术挑战压力NCM811真正实现商业化运用还需时日,现阶段中国电池企业仍需要踏踏实实一步步的跨过技术门槛。