寧德時代(CATL股票代碼:300750)是世界公認(rèn)的鋰電池新能源行業(yè)獨(dú)角獸。寧德時代以其強(qiáng)大的研發(fā)實(shí)力、對制造品質(zhì)的嚴(yán)苛追求、巨大的規(guī)模優(yōu)勢、全面的綜合服務(wù)能力,成為汽車動力電池和消費(fèi)電子電池的領(lǐng)軍企業(yè)。CATL寧德時代是全球配套新能源汽車最多的動力電池品牌,沒有之一??蛻舭ǎ捍蟊?、寶馬、梅賽德斯-奔馳等。2017年CATL寧德時代榮膺全球鋰離子動力電池銷量榜冠軍!
目前,方向正在變得明晰,業(yè)界基本達(dá)成這樣的共識:在進(jìn)化到固態(tài)電池之前,走鎳鈷錳NCM路線,而且不斷提高鎳的比例。中科院院士歐陽明高就曾明確提出,“現(xiàn)在國內(nèi)正在從鎳:鈷:錳比例3:3:3轉(zhuǎn)向6:2:2,再轉(zhuǎn)變到8:1:1,正在逐步實(shí)現(xiàn)。”
“這幾年中國電力電池技術(shù)水平成長很快,成本降低也很多。從正極材料來講,現(xiàn)在逐漸走向高鎳的三元材料,最近大家都在談811電池;從負(fù)極來講,電解液、薄膜等材料都已走向量產(chǎn)。我們希望在2020年之前能量密度可以達(dá)到300WH/kg?!?/P>
在最近的一次會議上,寧德時代副董事長黃世霖做了這樣一次發(fā)言。而在之前的媒體報(bào)道中,寧德時代有望在明年推出811電池。同樣,比亞迪也有這樣的計(jì)劃。
NCA技術(shù)壁壘高,且材料幾乎被日企壟斷
三元鋰電池是一種以鎳鈷元素作為正極材料,以錳鹽或鋁鹽來穩(wěn)定化學(xué)架構(gòu)的鋰電池。NCM是指正極材料由鎳鈷錳三種材料由一定比例組合而成,而NCA的正極材料是由鎳鈷鋁構(gòu)成,每個字母對應(yīng)的都是相關(guān)元素的化學(xué)首字母。由于這兩類鋰電池能量密度相對更高,還能夠平衡續(xù)航和穩(wěn)定性,所以成為了電動汽車電池的首選。
那么,兩種電池都各自的優(yōu)劣勢都是怎樣的呢?
鎳鈷鋁電池,對制作工藝要求高且成本高,但鋁可以起到提高電池循環(huán)化學(xué)穩(wěn)定性的作用,搭配在三元體系中,鎳含量可以得到一定提升,從而實(shí)現(xiàn)更高的電池能量密度。但是鎳鈷鋁晶體結(jié)構(gòu)較鎳鈷錳不穩(wěn)定,容易在較高溫度的情況下,發(fā)生崩塌導(dǎo)致熱失控,且pH 值過高易使單體脹氣,進(jìn)而引發(fā)危險(xiǎn)。
鎳鈷錳電池內(nèi)的錳元素較難穩(wěn)定更多的鎳,導(dǎo)致目前鎳鈷錳體系能量密度稍低,所以續(xù)航表現(xiàn)不如鎳鈷鋁電池。但好處是,含錳三元體系熱穩(wěn)定性更佳,同時鎳含量比例較少,因而作為動力電池更為安全。
鎳鈷鋁NCA電池材料的技術(shù)壁壘高,目前產(chǎn)能主要集中在日韓,我國量產(chǎn)較少。主要供應(yīng)商有住友金屬(Sumitomo)、日本化學(xué)產(chǎn)業(yè)株式會社和戶田化學(xué)(Toda),韓國的Ecopro和GSEM也有少量產(chǎn)品銷售。
一位業(yè)內(nèi)專家告訴第一電動:“從我了解的情況來看,國內(nèi)主要的電池巨頭都還是以NCM為主,NCA還沒有規(guī)模投入市場。松下給特斯拉供的NCA單體密度已經(jīng)可以做到300,而NCM811基本上也就做到250,這么來看NCA的密能量密度還是有比較明顯優(yōu)勢。國內(nèi)不搞NCA主要的壁壘還是來自技術(shù)瓶頸,NCA材料供應(yīng)基本被日本企業(yè)壟斷,電芯設(shè)計(jì)方面安全性的挑戰(zhàn)比較大,生產(chǎn)工藝方面要求也更高比如濕度10%以下?!?BR>811電池漸成國內(nèi)趨勢,但還需要解決安全性問題
從能量需求看,NCA電池的確更有優(yōu)勢。不過,綜合考慮制造工藝、成本、還有目前的技術(shù)條件,中國的電池企業(yè)當(dāng)下主要還是集中在生產(chǎn)NCM。
在NCM電池中,按照鎳鈷錳三者含量的不同,NCM材料可分為NCM111、NCM523、NCM622、NCM811等,其中后面的數(shù)字代表的是鎳鈷錳的比例。從行業(yè)趨勢看,目前國內(nèi)主流動力類正極材料是NCM523。
但是,由于電動汽車廠家對電池續(xù)航里程要求越來越高,國內(nèi)的動力電池廠商也紛紛把重點(diǎn)投向高鎳三元方向。因?yàn)殡S著鎳元素含量的升高,三元正極材料的比容量逐漸升高,電芯的能量密度也會隨之提高。而另一方面,而且作為稀有金屬的鈷價格不斷上漲,高鎳體系的NCM811將成為未來重要的發(fā)展方向。目前,NCM811材料技術(shù)日漸成熟,并開始逐漸釋放產(chǎn)能,形成小批量試用。
行業(yè)數(shù)據(jù)顯示,2018年一季度,國內(nèi)三元材料產(chǎn)量31670噸,同比增長64.26%。其中常規(guī)NCM型號占比78%,NCM622型號占比14%,NCM811/NCA占比8%。其中NCM811產(chǎn)量大幅激增。由于車企和電池企業(yè)對于高鎳三元材料的導(dǎo)入需求迫切,推進(jìn)速度不斷加快,今年一季度以來,NCM811材料已呈現(xiàn)出嚴(yán)重供不應(yīng)求的狀態(tài)。
可以說,在前幾年高鎳三元材料電池還處于個別廠家和學(xué)界的研發(fā)階段,但從2016年開始,高鎳三元電池的研發(fā)和生產(chǎn)已呈“燎原”之勢。但問題也隨之而來,三元材料中的鎳含量越高,材料的穩(wěn)定性越差,安全性越差。這個問題如何解決?
業(yè)內(nèi)專家也就這方面向第一電動表示:“ 鎳比例越高,正極材料的熱穩(wěn)定性就越差。在遇到高溫、外力沖擊等情況時,高鎳電池會存在安全隱患。且高鎳電池充電時產(chǎn)氣會導(dǎo)致電池鼓脹也是一個待解的問題。作為應(yīng)用到汽車產(chǎn)品中的關(guān)鍵部件,高鎳產(chǎn)品在安全方面仍然需要有更大程度的改進(jìn)??梢哉f這是未來三年要努力克服的問題?!?BR> 業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為,三元高鎳材料的安全性可以通過材料改性優(yōu)化、表面包覆、調(diào)整電解液和負(fù)極材料等方式來逐步解決。而另一方面,動力電池包內(nèi)的其他設(shè)備也在進(jìn)步,比如電池管理系統(tǒng),比如各種傳感器等等,它們也能彌補(bǔ)一部分電池在安全性能方面的不足。不過,811電池的量產(chǎn),肯定還有不短的一段路要走。
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