随着国家补贴政策向长续航里程与高能量密度倾斜,三元电池的优势逐渐凸显出来,受到国内许多电池企业的青睐,而三元电池中的高镍811电池近来更是受到热捧,2018年被称为高镍811的量产元年。
三元电池:天然优势成动力电池最优之选
自
锂离子电池技术普及以来,出现了各种各样的电池体系,从实际应用来看,目前电池的负极材料多选择石墨,而正极材料主流有钴酸锂、磷酸铁锂、三元、锰酸锂等材料。
电动汽车资源网《2018动力电池行业发展年中报告》显示,按动力电池类型分,2018年前7月装机的动力电池类型有:三元锂、磷酸铁锂、锰酸锂、钛酸锂等。其中,装机最多的为三元锂电池,前7月装机量为11.44GWh,占总装机量的59.35%;其次为
磷酸铁锂电池,前7月装机量为7.34GWh,占总装机量的38.07%;锰酸锂和钛酸锂的装机量均在0.5GWh以下,占比分别为1.93%、0.65%。
三元电池占比扩大,与2018年新版补贴政策倾向于高能量密度的动力电池产品有关。6月12日以后实施的补贴标准,乘用车能量密度105Wh/kg以下无补贴,105-120Wh/kg仅有0.6倍补贴,高于140Wh/kg才能拿到1.1倍补贴;新能源客车135Wh/kg以上才能有1.1倍补贴。
在主流材料中,磷酸铁锂的能量密度较低且已接近天花板,锰酸锂也因能量密度较低应用受限,而钴酸锂因其热稳定性差,不适用于动力电池领域。在技术上,三元电池在能量密度上有天然优势,尽管当前的技术还存在安全性较差和循环寿命较短等短板,但未来随着技术继续进步,安全性问题逐步改善,在其他电池技术未实现重大突破之前,三元目前仍然是动力电池领域最优之选。
高镍811电池:高能量密度、低成本成未来趋势
按照镍钴锰的比例,三元可以分为111、523、622、811等,NCM811电池则指三元锂电池中正极材料的镍钴锰比例为8:1:1,也就是我们常说的高镍电池。镍主要的作用是提升能量密度,高镍意味着更高的能量密度以及更低的钴含量,高镍811电池既能增加续航又能大幅度降低成本,因而高镍811的研发成为目前热点。
当前国内普遍使用的三元锂电池型号为523(镍钴锰比例为5:2:3),其能量密度可以达到160-200Wh/kg,少数企业可以生产NCM622型号电池,可达到230Wh/kg,而NCM811则可以达到280Wh/kg。
《汽车产业中长期发展规划》中明确规划,到2020年,动力电池单体能量密度达到300Wh/kg以上,力争实现350Wh/kg。到2025年,动力电池系统能量密度达到350Wh/kg。
以现有的技术条件,磷酸铁锂和NCM622以下的正极材料是很难达到高能量密度的要求。如果要达到300Wh/kg以上的能量密度,纵观当下,NCM811三元电池成为必然选择,这也是我国政府和行业鼓励的方向。
除了政策推动高镍811电池的发展,钴成本的上涨也使得企业通过“降钴增镍”来缓解成本压力。原材料钴的持续吃紧,加上2017年以来其价格不断上涨,让电池生产商压力山大。高镍811正极材料里面钴的比例较其他三元材料的钴比例低,受到钴价上涨的影响较小,价格也比钴酸锂价格低很多。各电池制造商开始将选材重心从钴转换到价格较为便宜、性能更为稳定的镍金属。
国内外电池厂商争相布局
受钴价格上涨带来的成本压力和国内补贴新政的双重刺激,电池企业加快推进量产钴含量更少的高镍电池。
据外媒报道,宁德时代表示将于明年推出用于电动汽车的新型低估含量和高能量密度的NCM811电池。目前宁德时代德动力电池电池是NCM523,这意味着正极材料是20%钴。钴的稀缺性和高价格是电动汽车大规模生产的一个问题,目前,大众汽车已与宁德时代签订了电池供应协议,随着宁德时代引入NCM811电池,电池能量密度将进一步增加,预计每千瓦时钴含量将下降一半以上。
无独有偶,比亚迪此前表示,预计2019年下半年开始应用三元高镍811电池。自2017年下半年以来,国内动力电池企业在高镍811的布局明显提速。包括比克动力、
力神电池、鹏辉能源、亿纬锂能、远东福斯特在内的诸多动力电池厂家都表示,基本已经完成从产品技术突破到小批量生产再到客户送样认证测试的过程,部分企业甚至已实现量产。
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,预计2019年小批量生产供应。
比克电池更是表示,公司的高镍811电池已成功应用于江淮、上汽大通、北汽新能源、小鹏、云度等品牌车型,车型均已入围新能源推荐目录。
相比于国内,国外的松下、LG化学、SKI、三星SDI都已早早地积极备战高镍811。目前松下应用在特斯拉Model3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。
此前现代发布的KonaEV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SKINCM811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。
高镍三元电池在能量密度方面的巨大优势,使得其在未来几年内或将成为主流,谁能够率先抓住先机提前布局,谁就能在未来获得更多市场。
但三元电池即使拥有能量密度方面的优势,仍不可避免的是,目前来说,其还存在着安全问题,在高温的条件下,相对于磷酸铁锂材料,三元材料更易燃。仅从
锂离子电池的正极材料特性而言,三元锂材料比磷酸铁锂材料更容易着火或发生意外事故,存在的安全风险比较大。因此,三元电池的安全问题仍然是目前需要突破的技术难点。
相应地,这对企业提出了更高的技术要求,研发能力较差的企业终将会被淘汰。现阶段中国电池企业仍需要加大科研投入,踏踏实实一步步的跨过技术门槛,突破技术难点,才能站住脚跟。
