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21年專注鋰電池定制

打破日韓封鎖產(chǎn)量翻五倍 我國高鎳材料電池來了

鉅大LARGE  |  點擊量：1042次  |  2020年04月29日  

在動力鋰電池行業(yè)的賽道上，我國“選手”NCM523和NCM333在穩(wěn)步奔跑，NCM622正奮力追趕，更具潛力的NCM811剛從起跑線起步，但勢頭很猛。


NCM333、NCM523、NCM622、NCM811是三元動力鋰電池的幾種細(xì)分類型。三元動力鋰電池指的是正極材料為按一定比例調(diào)配的鎳鹽、鈷鹽、鋁/錳鹽的鋰離子電池，即鎳鈷鋁（NCA）或鎳鈷錳（NCM）。


由于鎳鈷鋁電池的研制難度較大，其核心技術(shù)仍掌握在日本公司手中。鎳鈷鋁材料的重要供應(yīng)商業(yè)也以住友金屬、日本化學(xué)產(chǎn)業(yè)株式會社和戶田化學(xué)等日企為主。目前國內(nèi)研制鎳鈷鋁電池的公司相對較少。


更多公司使用的是鎳鈷錳材料。鎳的用途在于提升材料的體積能量密度，鈷用于提高材料的循環(huán)和倍率性能，錳重要用于提高安全性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。


按照鎳鈷錳的混合比例，鎳鈷錳材料按照鎳含量由低到高，又可分為333、523、622、811等。目前，國內(nèi)使用NCM523材料的電池比能量可達(dá)到160-200Wh/Kg，NCM622可達(dá)約230Wh/Kg，而NCM811/NCA則可以達(dá)到280Wh/Kg。


在十一月初召開的第三屆2018動力鋰電池應(yīng)用國際峰會上，我國汽車技術(shù)研究中心動力鋰電池領(lǐng)域首席專家王芳提及，從產(chǎn)業(yè)化角度考慮，我國的動力鋰電池行業(yè)正值NCM523和NCM333時代，NCM622處于中試階段，NCM811處于研發(fā)階段，但實際的發(fā)展?fàn)顩r比想象的更快。


我國汽車動力鋰電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟的數(shù)據(jù)顯示，截至今年九月，我國動力鋰電池累計銷量為45.6GWh，三元電池占到一半以上。其中，NCM523材料電池仍是主流，但NCM811材料電池的成長速度已不可小覷。


"811"元年


按照工信部《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》的要求，到2020年，新能源汽動力鋰電池單體比能量達(dá)到300Wh/kg以上，力爭實現(xiàn)350Wh/kg，系統(tǒng)比能量力爭達(dá)到260Wh/kg，成本降至1元/Wh以下。到2025年，新能源汽車占汽車產(chǎn)銷20%以上，動力鋰電池系統(tǒng)比能量達(dá)到350Wh/kg。


考慮到動力鋰電池能量密度提升需求和全球鈷價上漲的影響，少鈷高鎳的NCM811材料電池成為公司研發(fā)的重點。


五月，深圳市比克動力鋰電池有限公司（下稱比克電池）開始大規(guī)模量產(chǎn)使用高鎳811材料的18650-3.0Ah動力鋰電池電芯。四個月后，比克電池宣布，其811產(chǎn)品在動力鋰電池出貨量中的占比已超過五成，目前已用于多款車型。


在十月舉辦的我國國際節(jié)能與新能源汽車展覽會上，比克電池又展示了一款已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)的高鎳811材料電芯。據(jù)比克電池介紹，該款21700-4.8Ah的圓柱電芯已達(dá)到全球最高容量水平。


比克電池成立于2001年，重要從事鋰離子電芯研發(fā)、生產(chǎn)、銷售，是國內(nèi)圓柱電池的代表公司之一。真理研究的數(shù)據(jù)顯示，今年前三季度，比克電池裝機量占全國市場份額的2.8%，排名第六。


除比克電池外，國內(nèi)還有眾多電池公司相繼宣布它們的高鎳電池量產(chǎn)計劃。


目前，天津力神電池股份有限公司（下稱天津力神）已實現(xiàn)量產(chǎn)高鎳811材料電池，相關(guān)車型已進(jìn)入推薦目錄。且該公司研發(fā)的NCA高比能量動力鋰電池，電池比能量已超過300Wh/kg。


據(jù)pushEvs報道，動力鋰電池巨頭寧德時代（300750.SZ）計劃于2019年推出NCM811動力鋰電池。寧德時代總裁黃世霖曾表態(tài)，公司計劃到2020年實現(xiàn)電池能量密度達(dá)到300Wh/Kg。比亞迪（002594.SZ）和國軒高科（002074.SZ）也提出了類似的計劃。


上述三家公司今年前三季度動力鋰電池裝機量分列全國第一、二、四位。


寧德時代成立于2011年，由全球鋰電巨頭ATL的動力鋰電池業(yè)務(wù)獨立而成。2017年起，寧德時代趕超日本松下，成為全球動力鋰電池出貨量最大的公司，并與2018年成功上市。到今年年底，產(chǎn)量預(yù)計超過31.5Gwh。比亞迪的產(chǎn)量為28GWh。國軒高科成立于2006年，2014年登陸深交所，產(chǎn)量約為16GWh。


鵬輝能源（300438.SZ）、億緯鋰能（300014.SZ）等公司也表示，已經(jīng)完成高鎳811電池從產(chǎn)品技術(shù)突破，到小批量生產(chǎn)，再到客戶送樣認(rèn)證測試的過程。


正極材料公司當(dāng)升科技（300073.SZ）在今年初接受投資者調(diào)研時稱，已經(jīng)實現(xiàn)高鎳811正極材料批量生產(chǎn)，今年全年產(chǎn)銷量將保持大幅上升。


目前NCM811的報價在24萬元/噸左右，高于NCM523的報價，但前者因鈷用量的減少，成本較后者低約1.4萬/噸，因此，NCM81噸毛利將新增3.9-4.4萬元。


根據(jù)真鋰研究預(yù)計，受需求推動，2018年NCM811電池的生產(chǎn)總量將達(dá)到去年的10-15倍。


今年一季度，國內(nèi)三元材料產(chǎn)量約3.17萬噸，同比上升64.26%。其中常規(guī)NCM型號（包括NCM523和NCM333等）占比78%；NCM622型號占比14%；NCM811/NCA占比8%，上升明顯。兩年前，NCM811/NCA的市場份額還不到1%。


因此，2018年被業(yè)內(nèi)稱為高鎳811量產(chǎn)元年。


另據(jù)瑞士銀行（UBS）近期公布的報告顯示，2020年之后NCM811的市場份額將迅速擴(kuò)大，到2025年三元材料的NCM622、NCM811和NCA將形成三足鼎立的格局。


艱難邁進(jìn)


由于鎳鈷錳使用比例的調(diào)整，NCM811等高鎳材料在提高鎳比例、大幅提升電池能量密度的同時，也會造成電池?zé)岱€(wěn)定性的持續(xù)下降，進(jìn)而影響到電池的安全性。


鎳在反應(yīng)過程中還會影響電池可逆比容量和循環(huán)性能，帶來電池循環(huán)應(yīng)性能減弱、充電效率降低的問題，給大規(guī)模應(yīng)用形成阻礙。


業(yè)內(nèi)共識，盡管國內(nèi)NCM523和NCM622電池制備技術(shù)已較為成熟，但生產(chǎn)NCM811電池仍非易事。


由于鎳自身的化學(xué)特性，容易造成鋰的析出，從而影響混料、涂布等后續(xù)加工過程，這是生產(chǎn)NCM811要解決的一大難題。


單體電池生產(chǎn)重要包括混料、涂布、烘烤、輥壓、分條等環(huán)節(jié)?；炝霞磳⒄⒇?fù)極固態(tài)電池材料混合均勻后加入溶劑，通過真空攪拌機攪拌成漿狀。涂布環(huán)節(jié)則是正負(fù)極漿料涂覆在集流體（銅箔，鋁箔）表面，以制作極板。


比克電池圓柱電池總工李艷斌在接受界面記者采訪時表示，比克在生產(chǎn)NCM811電池的過程中，要對正極材料、漿料、電解液的選擇和配比，以及工藝和制造環(huán)境等多種因素進(jìn)行改進(jìn)。她舉例稱，“考慮到高鎳材料的氧化性強，對生產(chǎn)所用的水也進(jìn)行了調(diào)整?！?/p>
真鋰研究首席分析師墨柯指出，目前正極材料上純粹使用NCM811材料的電池仍然較少，總體上屬于小規(guī)模試驗階段，但是將NCM811材料與NCM333或者錳酸鋰等材料進(jìn)行摻雜，并以此作為正極材料的情況已經(jīng)較為常見?！皣?yán)格地說，使用811正極材料和NCM811電池有一定差別?！彼f。


墨柯表示，使用混合材料可在大幅提高安全性的同時，提升能量密度。公司通過逐步提高NCM811材料的比重來驗證技術(shù)可靠性，這也算作發(fā)展高鎳電池技術(shù)的方法之一。


“國內(nèi)現(xiàn)階段只有NCM811圓柱18650電池在技術(shù)上已具有大規(guī)模量產(chǎn)的可能，其他封裝形式的高鎳電池還有待進(jìn)一步研究?！蹦孪蚪缑嫘侣動浾叻Q，國內(nèi)18650圓柱電池的生產(chǎn)工藝更加成熟穩(wěn)定，為NCM811材料的應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。


18650是一種標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池型號，即直徑為18mm，長度為65mm的圓柱電池。


圓柱形、軟包和方形是動力鋰電池不同封裝形式。目前，圓柱形動力鋰電池生產(chǎn)工藝最為成熟，電池組裝成本較低，良品率和一致性較高，但單體比能量略遜于另外兩種電池。


軟包動力鋰電池安全性能高，循環(huán)性能好，但一致性較差，成本較高。方形電池在安全性優(yōu)于圓柱形電池，相對能量密度高，但生產(chǎn)工藝難以統(tǒng)一。


規(guī)模的擴(kuò)大和技術(shù)的進(jìn)步是降低電池成本，提高競爭力的重要途徑。近年來，國內(nèi)電池公司持續(xù)新增研發(fā)投入，2018年上半年，寧德時代研發(fā)投入為7.18億元，約占營業(yè)收入93.6億元的7.6%，研發(fā)人員占到員工數(shù)量的五分之一。同期，國軒高科的研發(fā)投入約為1.32億元，占營收的5.1%。此外，宣布每年將投入銷售額的5％作為研發(fā)經(jīng)費的還有力神電池和比克電池，后者在過去三年累積研發(fā)投入超過3億元。


正視差距


與我國電池公司相比，日韓公司在高鎳電池上已先行一步。


其中，日本松下可謂一路領(lǐng)先。從2008年開始向特斯拉配套供應(yīng)圓柱電池開始，松下不斷改進(jìn)正極材料，并先后推出了NCM18650電池和比能量高達(dá)340Wh/kg的NCA21700電池。


韓國公司也較早布局NCM811電池。其中，LG化學(xué)計劃在將推出第三代軟包動力鋰電池，單體電芯能量密度目標(biāo)為270-280wh/kg，比目前量產(chǎn)的能量密度高出50%。已方形電池為重要產(chǎn)品的三星SDI則在研發(fā)其第4代電池，單體能量密度可達(dá)270-280Wh/kg，預(yù)計2021-2022年間實現(xiàn)量產(chǎn)，第5代電池將于2023年以后量產(chǎn)，電池單體能量密度將達(dá)到300Wh/kg。


高工產(chǎn)業(yè)研究院的數(shù)據(jù)顯示，上述三家韓國電池公司2017年的研發(fā)投入高達(dá)35億元、28億元和10億元。


然而，韓國公司的高鎳電池研發(fā)進(jìn)程并不如想象的順利。此前，LG化學(xué)、SK創(chuàng)新相繼宣布推遲其NCM811電池量產(chǎn)計劃。多位電池業(yè)內(nèi)人士猜測，推遲量產(chǎn)的重要原因在于NCM811軟包及方形電池的安全性還存在缺陷。


王芳表示，品質(zhì)控制是公司在競爭中勝出的關(guān)鍵，產(chǎn)品性能、安全、壽命和成本是否能夠與對手去競爭，才是公司要重點關(guān)注的。


“擁有高一致性、高安全性的電池才更加有市場競爭力?！蹦略诓稍L中提到，近年來，我國電池行業(yè)在技術(shù)和規(guī)模上發(fā)展迅速，電池技術(shù)與日韓公司的差距已不大，但我國電池公司在一致性上仍落后一大截，我國領(lǐng)先的電池公司，距離日韓公司有近兩到三年的差距。


一致性，是指電池包內(nèi)全部電芯全生命周期內(nèi)全部特性參數(shù)的一致性，單個電芯容量衰減、內(nèi)阻上升以及老化速度的不一致，將直接影響電池包的壽命，甚至是電動汽車的安全。


“日韓公司生產(chǎn)過程中的不良產(chǎn)品已達(dá)到萬里挑一，我國公司還做不到?！蹦抡f。


安全命門


中科院院士歐陽明高曾在公開演講中多次強調(diào)，“關(guān)于高比能量動力鋰電池來說，安全性是第一位?！?/p>
多位電池業(yè)內(nèi)人士在接受界面新聞記者采訪時表示，近來頻繁發(fā)生的電動汽車自燃，與目前市場上過度強調(diào)提高電池能量密度而忽視安全問題密切相關(guān)。


隨著六月十二日新能源汽車補貼新政的正式執(zhí)行，對動力鋰電池比能量的要求明顯提高，由去年的80Wh/kg提升至120Wh/kg。未來，該指標(biāo)還將進(jìn)一步提升。


我國汽車技術(shù)研究中心的數(shù)據(jù)顯示，2017年，我國動力鋰電池的平均比能量為115Wh/kg左右，這一數(shù)字在2018年已快速上升至139Wh/kg。過半車型都能拿到1.1倍補貼。


按照2018年純電動乘用車國家補貼表述和技術(shù)要求，電池比能量達(dá)到140Wh/kg的可獲得1.1倍的補貼，高于160Wh/kg的按1.2倍補貼。


猛獅科技研究院院長鄧中一認(rèn)為，單純追求高能量密度是件高風(fēng)險的事情，必然會犧牲動力鋰電池的安全性和循環(huán)壽命。“只有在保證安全，以及成本和壽命都可接受的情況下，高能量密度才有意義。”他指出。


“目前車企對高鎳811材料電池的需求非常旺盛，但出于安全考慮，暫時還不敢大量使用該種電池?！币晃徊辉妇呙碾姵匦袠I(yè)分析師告訴界面新聞記者。


他指出，公司為了達(dá)到政策關(guān)于能量密度的要求、拿到補貼，在快速壓低售價、有限的研發(fā)成本和時間投入的壓力下，往往會選擇在安全性上有所退讓。


但高鎳811材料并不是導(dǎo)致安全性下降的主導(dǎo)因素。李艷斌向界面新聞記者表示，電池的安全性并不是某一種材料決定的，而是由系統(tǒng)決定，這其中既包括隔膜、電解液、工藝和生產(chǎn)管控，也包括電池管理系統(tǒng)和pACK。


“提高電池能量密度，不只要進(jìn)行材料改進(jìn)，不能把安全壓力過于集中在電池上，應(yīng)對全過程進(jìn)行改進(jìn)?！彼f。


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