高镍三元电池在新能源汽车规模化应用的瓶颈

目前,动力锂电池发展路线正经历一场变革。

2017年以前,市场选择了磷酸铁锂电池作为技术主流,而新能源汽车对电池能量密度的要求是一个持续提高的过程,产业也将随之进行不断的变化选择。

磷酸铁锂电池能量密度上限约在160Wh/kg左右,业内预计到2020年动力电池能量密度标准将达到300Wh/kg以上,这是磷酸铁锂电池较难达到的。

另一方面,目前技术水平下三元电池实际平均能量密度能够达到180-190Wh/kg之间,且在后续也拥有较大的提升空间。

政策方面也在加码。今年二月,财政部、工信部、科技部、发改委等四部委发文调整了新能源汽车财政补贴政策,提高了纯电动乘用车、非快充类纯电动客车、专用车动力电池系统能量密度门槛要求。

预计今年开始三元电池将赶超磷酸铁锂市场容量成为主流,并在未来市场实现持续的增量替代,占据主导地位。

高镍三元产能布局和量产进度

具体到三元电池正极材料领域,高镍材料具有能量密度较高的优势。其次,据测算,采用高镍材料后,电池综合单位成本下降幅度最高约在8%以上,成本优势明显。

供需矛盾带来的钴价波动也正在助推厂商向低钴高镍产品的转向。钴原料在三元正极材料中的成本占比较高,其价格在2018年持续走高,相比第一季度初期的52万元/吨,4月份上涨幅度超过20%,截至4月13日,钴价已经达到67.40万元/吨。

在降本增效的需求下,最有优势支撑前述300Wh/kg目标的高镍三元NCM811产品带着光环闪亮登场。

虽然仍有厂商宣称坚持磷酸铁锂电池路线不动摇,但市场上对更高能量密度的电池技术布局正在积极推进。从2017年开始,国内正极材料厂商陆续布局高镍产品,这些产能有望在2018年开始向市场供应,特别是NCM811产品的产能和产量受到高度瞩目。

国内动力电池企业方面,CATL、BYD、江西孚能、比克电池、国轩高科、天津力神、鹏辉能源等企业都已开展NCM811电池研发和生产。其中比克电池宣布已量产NCM811圆柱动力电池,能量密度可以达到232Wh/kg,并称300Wh/kg的产品也即将面世。鹏辉能源也透露,公司使用NCM811材料的圆柱电池已经量产并供货给相关整车厂。

加速放量的几大制约因素

虽然被普遍看好,但高镍NCM811产品在汽车动力电池领域实现规模化应用还任重而道远,目前NCM811产品在新能源汽车上的应用只有少数个案。

去年10月,参加全国量产车性能大赛的江淮iEV7S搭载了比克电池18650-2.75Ah电芯产品,成为国内NCM811产品在新能源汽车上应用的首个案例。

国际方面,韩国现代近期发布的KonaEV纯电动SUV,搭载了由LG化学提供的NCM811电芯电池,但该车型目前还没有大规模生产发售。

现阶段高镍产品加速应用放量仍存在以下瓶颈:

原材料稀缺。我国锂、钴、镍资源相对稀缺,国内高镍原材料现阶段主要依赖进口,容易受外部因素牵制。随着动力电池产业的增长,有关专家预计锂、钴、镍分别将在2021年、2022年和2019年出现短缺。

制造能力制约。高镍三元材料的生产工艺较为复杂,对生产设备和环境要求较高,现有的生产线无法直接作为NCM811或NCA产线应用,需要重新设计和建造,增加大量资金投入。可以说目前国内尚不具备成熟的制备技术和大规模批量生产能力,甚至未来三年将出现一定数量的产能缺口。

安全问题待解。据上海捷新动力工程部副总工程师朱玉龙介绍,镍比例越高,正极材料的热稳定性就越差。在遇到高温、外力冲击等情况时,高镍电池会存在安全隐患。且高镍电池充电时产气会导致电池鼓胀也是一个待解的问题。作为应用到汽车产品中的关键部件,高镍产品在安全方面仍然需要有更大程度的改进。

设备选型周期长。整车企业对新技术和新产品应用在车型时非常审慎,各大车企对电池供应商都有严格而复杂的认证程序,电池企业和产品都需要接受高难度的测试和验证,所需时间较长。

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