自鋰離子電池技術(shù)普及以來(lái),出現(xiàn)了各種各樣的電池體系,從實(shí)際應(yīng)用來(lái)看,目前電池的負(fù)極材料多選擇石墨,而正極材料主流有鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、三元、錳酸鋰等材料。
電動(dòng)汽車(chē)資源網(wǎng)《2018動(dòng)力電池行業(yè)發(fā)展年中報(bào)告》顯示,按動(dòng)力電池類(lèi)型分,2018年前7月裝機(jī)的動(dòng)力電池類(lèi)型有:三元鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈦酸鋰等。其中,裝機(jī)最多的為三元鋰電池,前7月裝機(jī)量為11.44GWh,占總裝機(jī)量的59.35%;其次為磷酸鐵鋰電池,前7月裝機(jī)量為7.34GWh,占總裝機(jī)量的38.07%;錳酸鋰和鈦酸鋰的裝機(jī)量均在0.5GWh以下,占比分別為1.93%、0.65%。
三元電池占比擴(kuò)大,與2018年新版補(bǔ)貼政策傾向于高能量密度的動(dòng)力電池產(chǎn)品有關(guān)。6月12日以后實(shí)施的補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn),乘用車(chē)能量密度105Wh/kg以下無(wú)補(bǔ)貼,105-120Wh/kg僅有0.6倍補(bǔ)貼,高于140Wh/kg才能拿到1.1倍補(bǔ)貼;新能源客車(chē)135Wh/kg以上才能有1.1倍補(bǔ)貼。
在主流材料中,磷酸鐵鋰的能量密度較低且已接近天花板,錳酸鋰也因能量密度較低應(yīng)用受限,而鈷酸鋰因其熱穩(wěn)定性差,不適用于動(dòng)力電池領(lǐng)域。在技術(shù)上,三元電池在能量密度上有天然優(yōu)勢(shì),盡管當(dāng)前的技術(shù)還存在安全性較差和循環(huán)壽命較短等短板,但未來(lái)隨著技術(shù)繼續(xù)進(jìn)步,安全性問(wèn)題逐步改善,在其他電池技術(shù)未實(shí)現(xiàn)重大突破之前,三元目前仍然是動(dòng)力電池領(lǐng)域最優(yōu)之選。
高鎳811電池:高能量密度、低成本 成未來(lái)趨勢(shì)
按照鎳鈷錳的比例,三元可以分為111、523、622、811等,NCM811電池則指三元鋰電池中正極材料的鎳鈷錳比例為8:1:1,也就是我們常說(shuō)的高鎳電池。鎳主要的作用是提升能量密度,高鎳意味著更高的能量密度以及更低的鈷含量,高鎳811電池既能增加續(xù)航又能大幅度降低成本,因而高鎳811的研發(fā)成為目前熱點(diǎn)。
當(dāng)前國(guó)內(nèi)普遍使用的三元鋰電池型號(hào)為523(鎳鈷錳比例為5:2:3),其能量密度可以達(dá)到160-200Wh/kg,少數(shù)企業(yè)可以生產(chǎn)NCM622型號(hào)電池,可達(dá)到230Wh/kg,而NCM811則可以達(dá)到280Wh/kg。
《汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》中明確規(guī)劃,到2020年,動(dòng)力電池單體能量密度達(dá)到300Wh/kg以上,力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)350Wh/kg。到2025年,動(dòng)力電池系統(tǒng)能量密度達(dá)到350Wh/kg。
以現(xiàn)有的技術(shù)條件,磷酸鐵鋰和NCM622以下的正極材料是很難達(dá)到高能量密度的要求。如果要達(dá)到300Wh/kg以上的能量密度,縱觀當(dāng)下,NCM811三元電池成為必然選擇,這也是我國(guó)政府和行業(yè)鼓勵(lì)的方向。
除了政策推動(dòng)高鎳811電池的發(fā)展,鈷成本的上漲也使得企業(yè)通過(guò)“降鈷增鎳”來(lái)緩解成本壓力。原材料鈷的持續(xù)吃緊,加上2017年以來(lái)其價(jià)格不斷上漲,讓電池生產(chǎn)商壓力山大。高鎳811正極材料里面鈷的比例較其他三元材料的鈷比例低,受到鈷價(jià)上漲的影響較小,價(jià)格也比鈷酸鋰價(jià)格低很多。各電池制造商開(kāi)始將選材重心從鈷轉(zhuǎn)換到價(jià)格較為便宜、性能更為穩(wěn)定的鎳金屬。
國(guó)內(nèi)外電池廠商爭(zhēng)相布局
受鈷價(jià)格上漲帶來(lái)的成本壓力和國(guó)內(nèi)補(bǔ)貼新政的雙重刺激,電池企業(yè)加快推進(jìn)量產(chǎn)鈷含量更少的高鎳電池。
據(jù)外媒報(bào)道,寧德時(shí)代表示將于明年推出用于電動(dòng)汽車(chē)的新型低估含量和高能量密度的NCM811電池。目前寧德時(shí)代德動(dòng)力電池電池是NCM523,這意味著正極材料是20%鈷。鈷的稀缺性和高價(jià)格是電動(dòng)汽車(chē)大規(guī)模生產(chǎn)的一個(gè)問(wèn)題,目前,大眾汽車(chē)已與寧德時(shí)代簽訂了電池供應(yīng)協(xié)議,隨著寧德時(shí)代引入NCM811電池,電池能量密度將進(jìn)一步增加,預(yù)計(jì)每千瓦時(shí)鈷含量將下降一半以上。
無(wú)獨(dú)有偶,比亞迪此前表示,預(yù)計(jì)2019年下半年開(kāi)始應(yīng)用三元高鎳811電池。自2017年下半年以來(lái),國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池企業(yè)在高鎳811的布局明顯提速。包括比克動(dòng)力、力神電池、鵬輝能源、億緯鋰能、遠(yuǎn)東福斯特在內(nèi)的諸多動(dòng)力電池廠家都表示,基本已經(jīng)完成從產(chǎn)品技術(shù)突破到小批量生產(chǎn)再到客戶(hù)送樣認(rèn)證測(cè)試的過(guò)程,部分企業(yè)甚至已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
今年年初,國(guó)軒高科表示,已經(jīng)開(kāi)發(fā)出三元811材料軟包電芯,能量密度能夠達(dá)到302Wh/kg,預(yù)計(jì)2019年小批量生產(chǎn)供應(yīng)。
比克電池更是表示,公司的高鎳811電池已成功應(yīng)用于江淮、上汽大通、北汽新能源、小鵬、云度等品牌車(chē)型,車(chē)型均已入圍新能源推薦目錄。
相比于國(guó)內(nèi),國(guó)外的松下、LG化學(xué)、SKI、三星SDI都已早早地積極備戰(zhàn)高鎳811。目前松下應(yīng)用在特斯拉Model 3上的21700圓柱型電池,通過(guò)改良高鎳正極材料和硅碳負(fù)極材料的應(yīng)用,電池能量密度達(dá)到20%的提升。
此前現(xiàn)代發(fā)布的Kona EV純電動(dòng)SUV,其電池由LG化學(xué)提供采用NCM811電芯。另一家韓國(guó)電池企業(yè)SKI也在去年宣布,開(kāi)始量產(chǎn)NCM811電池,用于能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的電池,并在2018年第三季度提供用于電動(dòng)汽車(chē)的電池。而三星SDI主要的戰(zhàn)略合作是寶馬,根據(jù)寶馬的規(guī)劃,i3要在2018年才會(huì)使用NCM622,2012年才會(huì)用上NCM811的產(chǎn)品,相對(duì)比較保守。
最新消息,LG化學(xué)和SKI NCM811電池計(jì)劃有所推遲,雖然在批量商業(yè)化層面無(wú)法大批量供給車(chē)企使用,但兩家企業(yè)的技術(shù)儲(chǔ)備仍不容輕視。
高鎳三元電池在能量密度方面的巨大優(yōu)勢(shì),使得其在未來(lái)幾年內(nèi)或?qū)⒊蔀橹髁?誰(shuí)能夠率先抓住先機(jī)提前布局,誰(shuí)就能在未來(lái)獲得更多市場(chǎng)。
但三元電池即使擁有能量密度方面的優(yōu)勢(shì),仍不可避免的是,目前來(lái)說(shuō),其還存在著安全問(wèn)題,在高溫的條件下,相對(duì)于磷酸鐵鋰材料,三元材料更易燃。僅從鋰離子電池的正極材料特性而言,三元鋰材料比磷酸鐵鋰材料更容易著火或發(fā)生意外事故,存在的安全風(fēng)險(xiǎn)比較大。因此,三元電池的安全問(wèn)題仍然是目前需要突破的技術(shù)難點(diǎn)。
相應(yīng)地,這對(duì)企業(yè)提出了更高的技術(shù)要求,研發(fā)能力較差的企業(yè)終將會(huì)被淘汰。現(xiàn)階段中國(guó)電池企業(yè)仍需要加大科研投入,踏踏實(shí)實(shí)一步步的跨過(guò)技術(shù)門(mén)檻,突破技術(shù)難點(diǎn),才能站住腳跟。
