鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：921次 | 2021年11月10日
低鈷高鎳三元時代：真正考驗(yàn)的不僅是電池技術(shù)
從正極材料角度來看，國內(nèi)乘用車市場已經(jīng)開始從磷酸鐵鋰向三元鋰轉(zhuǎn)換，部分廠家已經(jīng)開始量產(chǎn)高鎳三元材料；正極材料的可能性非常多，細(xì)微的改變和技術(shù)的突破，都可能對電芯整體效能出現(xiàn)影響，如富鋰三元，也是未來有可能被市場化的材料之一。
從負(fù)極材料來看，從石墨負(fù)極，到硅系負(fù)極，再到金屬鋰負(fù)極，不同的材料將逐步提升電芯的具體性能，目前國內(nèi)已經(jīng)有多家電池廠家已經(jīng)開始硅系負(fù)極的研發(fā)和量產(chǎn)。
高鎳三元是現(xiàn)階段首選
日前，國家發(fā)改委公布有關(guān)就《汽車產(chǎn)業(yè)投資管理規(guī)定（征求意見稿）》公開征求意見的通告。其中對新建動力鋰離子電池公司投資項(xiàng)目產(chǎn)品重要技術(shù)的要求，可稱為最嚴(yán)動力鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)。文件表明：
針對這一要求，我國化學(xué)與物理電池行業(yè)協(xié)會秘書長劉彥龍介紹，目前，我國較好的動力鋰離子電池，單體比能量基本可以達(dá)到250瓦時/千克，系統(tǒng)比能量能夠達(dá)到160瓦時/千克，以此為前提，《意見稿》設(shè)置的目標(biāo)明顯偏高，公司很難達(dá)到這一要求。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
即便如此，《意見稿》中所提技術(shù)指標(biāo)，相比“2020年系統(tǒng)能量密度要做到260Wh/kg”的目標(biāo)，依然相差甚遠(yuǎn)。
據(jù)了解，常規(guī)三元NCM523能量密度最高為200Wh/Kg，而NCM622和NCM811卻可以達(dá)到230Wh/Kg和280Wh/Kg以上。假如要依靠三元電池實(shí)現(xiàn)2020年260wh/kg的目標(biāo)，根據(jù)先階段的技術(shù)手段，只有NCM811/NCA才能夠勝任。
行業(yè)數(shù)據(jù)顯示，2018年一季度，國內(nèi)三元材料產(chǎn)量31670噸，同比上升64．26％。其中常規(guī)NCM型號占比78％，NCM622型號占比14％，NCM811／NCA占比8％。其中NCM811產(chǎn)量大幅激增。
國內(nèi)高鎳三元現(xiàn)狀
國內(nèi)目前正在積極推進(jìn)NCM811技術(shù)。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備
據(jù)悉，當(dāng)升科技NCM811產(chǎn)品目前年產(chǎn)量為4000噸，三期工程計(jì)劃1．8萬噸／年高鎳多元材料產(chǎn)量，將于2018年至2020年間陸續(xù)建成投產(chǎn)；國軒高科表示已經(jīng)開發(fā)出三元811材料軟包電芯，能量密度能夠達(dá)到302wh／kg；杉杉能源2017年底宣布月產(chǎn)100噸的寧鄉(xiāng)基地NCM811產(chǎn)線順利投產(chǎn)；億緯鋰能表示，自從2012年起就已開始推廣非車用NCM811；天津巴莫2017年年產(chǎn)5000噸高鎳材料產(chǎn)線投產(chǎn)，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)向國際大客戶批量供應(yīng)NCM811。
“從鋰離子電池的技術(shù)來講，在鎳鈷錳的比例為8:1:1時，電池能量密度達(dá)到300瓦時/公斤已經(jīng)可以清晰地看到‘天花板’，可能未來10年都無法突破。”寧波杉杉股份有限公司副總裁孫曉東在鋰產(chǎn)業(yè)與動力鋰離子電池國際高峰論壇上如是說。
而另一種高鎳三元材料，NCA材料，由于國內(nèi)起步比較晚，技術(shù)水平較國外公司有很大的差距，NCA目前產(chǎn)量重要集中在日本和韓國。NCA重要的供應(yīng)商有日本的住友金屬（Sumitomo）、日本化學(xué)產(chǎn)業(yè)株式會社和戶田化學(xué)（Toda），韓國的Ecopro和GSEM也有少量產(chǎn)品銷售。
NCA電池在我國還未能大量生產(chǎn)，重要的難點(diǎn)在于：
一、高鎳材料荷電狀態(tài)下的熱穩(wěn)定性較差，導(dǎo)致電池的安全性下降，使得電池生產(chǎn)公司和終端產(chǎn)品用戶對NCA電池的安全性心存顧慮，要從電芯設(shè)計(jì)、電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電源使用等環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)可靠的安全設(shè)計(jì)。
二、充放電過程存在嚴(yán)重的產(chǎn)氣，這會導(dǎo)致電池鼓脹變形，循環(huán)及擱置壽命下降，電池存在安全隱患，所以通常采用耐壓的圓柱電池殼制作NCA電池，降低了產(chǎn)氣量以控制電池鼓脹變形問題。
三、NCA要求在電池生產(chǎn)全過程均要控制濕度在10%以下，而其他材料目前只需注液工序?qū)穸冗M(jìn)行嚴(yán)格控制。這對國內(nèi)公司形成了很大的挑戰(zhàn)。
而日前，天津力神電池股份有限公司有也宣布，研發(fā)出了一種NCA三元高比能量動力鋰離子電池，能量密度超過300wh／kg。
事實(shí)上，早在2017年十一月，力神董事長秦興才公布的“力神電池化學(xué)體系路線規(guī)劃”中，就包涵了NCM811/NCA體系、NCM532/622體系、磷酸鐵鋰體系、固態(tài)電池、鈉離子電池和燃料動力鋰電池。
特斯拉的平衡術(shù)
特斯拉是全球NCA電池最大的擁護(hù)者。
松下與特斯拉聯(lián)合推出21700的NCA電池，單體的能量密度接近300Wh/kg左右，比原來18650電池的250Wh/kg提高約10%以上，幾乎是當(dāng)時世界上能量密度最高的量產(chǎn)鋰離子電池了。
但是，沒有一種技術(shù)是完美的，既可以滿足高能量密度要求，又能保證電池的循環(huán)壽命。特斯拉在降低鈷含量、提高比能的同時，犧牲了電池的循環(huán)壽命。
然而，特斯拉通過整車設(shè)計(jì)，巧妙避開了這一缺陷，保證了天秤的平衡——將18650電芯改為21700電芯，可大大縮小輔助材料所占車身空間，從而提升整車電池包的電容量，繼而提高續(xù)航里程，在行駛相同里程的前提下，特斯拉充放電次數(shù)小于其他品牌車輛。
而今，Model3使用的21700電芯將正極材料中所需鈷的含量降低到10%以下，低于其他電池產(chǎn)商生產(chǎn)的下一代NCM811電池中鈷含量（即鈷含量在10%）。這種突破使得特斯拉對鈷的需求量減少了59%。在2012年，特斯拉在每輛車消耗11kg的鈷，到2018年，每輛車上消耗4.5kg的鈷。
更為激進(jìn)的是，最新消息稱，松下汽車電池部門的負(fù)責(zé)人田村堅(jiān)表示：“我們已經(jīng)大大降低了鈷在電池中的含量，鈷在三元電池中的比例已經(jīng)降到3％，現(xiàn)在我們的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)無鈷化，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在研發(fā)當(dāng)中?！?/p>
目前還無法得知剛上市的Model3電芯正極材料中鎳鈷鋁的具體比例，但大幅降低鈷含量勢必會對電芯性能的平衡出現(xiàn)影響，特斯拉是如何在繁復(fù)整車工藝中的同步實(shí)現(xiàn)“激進(jìn)”與“穩(wěn)定”的？期待Model3的用戶體驗(yàn)反饋。
反過來看，NCA材料在國內(nèi)得不到推廣，其原因除制成成本偏高、安全性難以保證外，業(yè)內(nèi)人士分析認(rèn)為，需求側(cè)需求不足也是重要原因之一：采用NCA三元電芯的乘用車企重要是特斯拉，特斯拉不但較好地通過電池系統(tǒng)管理技術(shù)解決了由于能量密度提升帶來的熱失控問題，而且通過汽車設(shè)計(jì)成功地規(guī)避了NCA電池的循環(huán)壽命短的問題。因此，盡管我國互聯(lián)網(wǎng)造車的諸多新勢力，幾乎每一家都號稱要做我國的特斯拉，但卻沒有一家要學(xué)習(xí)特斯拉采用NCA電芯。
