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鋰離子電池中的“三元高鎳”是什么意思?

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2021年04月06日  

2018年1-十月我國新能源汽車生產約80.3萬輛,同比上升70%,乘用車市場上升迅猛,甚至超200%,但分化嚴重,真正受益的僅限于幾家車企及排名靠前的幾家動力鋰電池公司動力鋰電池行業方面,GGII統計數據顯示,2018年1-十月國內動力鋰電池裝機總電量約34.72GWh,同比上升97%。其中電池裝機總電量排名前十的公司合計產量約30GWh,占整體的86%。有關前10的座次之爭,寧德時代、比亞迪穩居前兩位。雖然每個單月中位于第三位的排名均有變動,卻也重要被國軒高科、孚能科技、力神等不超過5家電池公司占據,越往后公司排名的變動越大。而今年以來,鋰離子電池提升能量密度的發展趨勢無非兩種:軟包降低重量、三元正極提升能量密度


效率提升的主流路徑:高鎳三元


與芯片行業的制程發展高度類似,鋰離子電池行業發展的目標是更輕便、能量密度更大,這個標準也是國家政策對新能源汽車行業的要求。從財政部補跌的變化可以看出,關于新能源汽車,監管層最大的目標是,力促動力鋰電池能量密度升級:


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與傳統電池不同,鋰電動力鋰電池擁有一個龐大的正極、較小的負極、和較少的電解液,正極成本達到動力鋰電池整體成本的40%左右。從目前技術來看,鋰離子電池能量密度升級的重要攻關方向,一個是降低封裝外殼的重量(軟包),二個就是提升正極所能攜帶的能量密度。


三元鋰電里的三元,純粹指代正極技術,意思是,正極材料是由三種金屬制成的。上一代動力鋰電池我們叫磷酸鐵鋰,是因為正極材料是磷酸鐵鋰制成的,磷酸鐵鋰雖然安全,但能量密度無法提升到160Wh/kg以上。


三元正極有兩個方向。一個叫NCM,N=鎳、C=鈷、M=錳,后面往往帶數字,例如NCM523是當前主流,意思是三種元素的配比是5:2:3;另一種技術叫NCA,A=鋁,NCA電池的配比相對固定在8:1.5:0.5。


那么什么叫高鎳三元?NCM電池三種元素中,隨著鎳元素占比升高,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。但是,隨著鎳元素的升高,NCM電池內的錳元素較難穩定更多的鎳,導致體系能量密度稍低,所以續航表現不如NCA電池。


那么為何國內廠商不生產NCA電池?因為技術達不到。NCA電池鋁的含量非常少,因此可以理解它接近二元材料,以Al代替錳,是將鎳鈷錳酸鋰通過離子摻雜和表面包覆進行改性,離子摻雜可以增強材料的穩定性,提高材料的循環性能。但是鎳鈷鋁電池對制作工藝要求較高,因為,Al為兩性金屬(可以同時與酸和堿發生化學反應),不易沉淀,因此NCA材料在較高溫度的情況下,會發生熱失控,從而引發危險。


NCA技術重要集中在日韓廠商(LG、松下)手中,我國公司技術重要差在兩點。一是,制程方面,NCA要求在電池生產全過程均要控制濕度在10%以下,這對國內公司形成了很大的挑戰;二是NCA目前必須采用耐壓的圓柱電池殼,這不是國內廠商電池包裝技術發展的方向。


NCA技術和NCM技術差距多大?


2018年初,特斯拉CEO馬斯克表示,特斯拉在NCA電池技術方面獲突破性進展,能量密度再提升30%,并且生產成本大幅下降,特斯拉車型的續航里程可達到640km以上;六月時特斯拉強調,再次在電池技術方面獲突破性進展,能量密度再提升30%,預計達到330Wh/kg水平。


國產電池當前量產的較高水平來自寧德時代,其NCM622技術在第11批推薦目錄中達到了170Wh/kg水平。從目前國內技術來看,接下來NCM811裝車,有望達到210Wh/kg水平。


但是,鑒于NCA暫時無法用軟包技術封裝,隨著軟包技術的發展和推廣,國產動力鋰電池在2019年仍有加速跟上的希望。LG化學CFO在接受采訪時表示,將批量生產NCM811正極材料的電池用于電動公交車,軟包電池仍是NCM622型應用于大多數新能源汽車。


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