隨著國家補貼政策向長續航里程與高能量密度傾斜,三元電池的優點逐漸凸顯出來,受到國內許多電池公司的酷愛,而三元電池中的高鎳811電池近來更是受到熱捧,2018年被稱為高鎳811的量產元年。

三元電池:天然優點成動力鋰離子電池最優之選

自鋰離子電池技術普及以來,出現了各種各樣的電池體系,從實際使用來看,目前電池的負極材料多選擇石墨,而正極材料主流有鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、三元、錳酸鋰等材料。

電動汽車資源網《2018動力鋰離子電池行業發展年中報告》顯示,按動力鋰離子電池類型分,2018年前七月裝機的動力鋰離子電池類型有:三元鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈦酸鋰等。其中,裝機最多的為三元鋰離子電池,前七月裝機量為11.44GWh,占總裝機量的59.35%;其次為磷酸鐵鋰離子電池,前七月裝機量為7.34GWh,占總裝機量的38.07%;錳酸鋰和鈦酸鋰的裝機量均在0.5GWh以下,占比分別為1.93%、0.65%。

三元電池占比張大,與2018年新版補貼政策傾向于高能量密度的動力鋰離子電池產品有關。六月十二日以后執行的補貼標準,乘用車能量密度105Wh/kg以下無補貼,105-120Wh/kg僅有0.6倍補貼,高于140Wh/kg才能拿到1.1倍補貼;新能源客車135Wh/kg以上才能有1.1倍補貼。

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使用受限,而鈷酸鋰因其熱穩定性差,不適用于動力鋰離子電池范疇。在技術上,三元電池在能量密度上有天然優點,盡管當前的技術還存在安全性較差和循環壽命較短等短板,但將來隨著技術持續進步,安全性問題逐步改善,在其他電池技術未實現重大沖破之前,三元目前依然是動力鋰離子電池范疇最優之選。

高鎳811電池:高能量密度、低成本成將來趨勢

按照鎳鈷錳的比例,三元可以分為111、523、622、811等,NCM811電池則指三元鋰離子電池中正極材料的鎳鈷錳比例為8:1:1,也就是我們常說的高鎳電池。鎳緊要的用途是提升能量密度,高鎳意味著更高的能量密度以及更低的鈷含量,高鎳811電池既能新增續航又能大幅度降低成本,因而高鎳811的研發成為目前熱點。

當前國內普遍使用的三元鋰離子電池型號為523(鎳鈷錳比例為5:2:3),其能量密度可以達到160-200Wh/kg,少數公司可以加工NCM622型號電池,可達到230Wh/kg,而NCM811則可以達到280Wh/kg。

《汽車產業中長期發展規劃》中明確規劃,到2020年,動力鋰離子電池單體能量密度達到300Wh/kg以上,力爭實現350Wh/kg。到2025年,動力鋰離子電池系統能量密度達到350Wh/kg。

以現有的技術條件,磷酸鐵鋰和NCM622以下的正極材料是很難達到高能量密度的要求。倘若要達到300Wh/kg以上的能量密度,縱觀當下,NCM811三元電池成為必然選擇,這也是我國政府和行業鼓勵的方向。

除了政策推動高鎳811電池的發展,鈷成本的上漲也使得公司通過“降鈷增鎳”來緩解成本壓力。原材料鈷的繼續吃緊,加上2017年以來其價格不斷上漲,讓電池加工商壓力山大。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,受到鈷價上漲的影響較小,價格也比鈷酸鋰價格低很多。各電池制造商開始將選材重心從鈷轉換到價格較為便宜、性能更為穩定的鎳金屬。

國內外電池廠商爭相布局

受鈷價格上漲帶來的成本壓力和國內補貼新政的雙重刺激,電池公司加快推進量產鈷含量更少的高鎳電池。

據外媒報道,寧德時代表示將于明年推出用于電動汽車的新型低估含量和高能量密度的NCM811電池。目前寧德時代德動力鋰離子電池電池是NCM523,這意味著正極材料是20%鈷。鈷的稀缺性和高價格是電動汽車大規模加工的一個問題,目前,大眾汽車已與寧德時代簽訂了電池供應協議,隨著寧德時代引入NCM811電池,電池能量密度將進一步新增,預計每千瓦時鈷含量將下降一半以上。

無獨有偶,比亞迪此前表示,預計2019年下半年開始使用三元高鎳811電池。自2017年下半年以來,國內動力鋰離子電池公司在高鎳811的布局分明提速。包括比克動力、力神電池、鵬輝能源、億緯鋰能、遠東福斯特在內的諸多動力鋰離子電池廠家都表示,基本已經完成從產品技術沖破到小批量加工再到客戶送樣認證探測的過程,部分公司甚至已實現量產。

今年年初,國軒高科表示,已經開發出三元811材料軟包電芯,能量密度能夠達到302Wh/kg,預計2019年小批量加工供應。

比克電池更是表示,公司的高鎳811電池已成功使用于江淮、上汽大通、北汽新能源、小鵬、云度等品牌車型,車型均已入圍新能源推薦目錄。

相比于國內,國外的松下、LG化學、SKI、三星SDI都已早早地積極備戰高鎳811。目前松下使用在特斯拉Model3上的21700圓柱型電池,通過改良高鎳正極材料和硅碳負極材料的使用,電池能量密度達到20%的提升。

此前現代公布的KonaEV純電動SUV,其電池由LG化學供應采用NCM811電芯。另一家韓國電池公司SKI也在去年宣布,開始量產NCM811電池,用于能量儲存系統的電池,并在2018年第三季度供使用于電動汽車的電池。而三星SDI緊要的戰略合作是寶馬,依據寶馬的規劃,i3要在2018年才會使用NCM622,2012年才會用上NCM811的產品,相比較較保守。

最新消息,LG化學和SKINCM811電池計劃有所推遲,雖然在批量商業化層面無法大批量供給車企使用,但兩家公司的技術儲備仍不容輕視。

高鎳三元電池在能量密度方面的巨大優點,使得其在將來幾年內或將成為主流,誰能夠率先抓住先機提前布局,誰就能在將來獲得更多市場。

但三元電池即使擁有能量密度方面的優點,仍不可戒備的是,目前來說,其還存在著安全問題,在高溫的條件下,相有關磷酸鐵鋰材料,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生意外事故,存在的安全風險比較大。因此,三元電池的安全問題依然是目前要沖破的技術難點。

相應地,這對公司提出了更高的技術要求,研發能力較差的公司終將會被淘汰。現階段我國電池公司仍要加大科研投入,踏踏實實一步步的跨越技術門檻,沖破技術難點,才能站住腳跟。