号称量产元年?高镍811动力电池需冷静

2018-10-11 10:23:40     来源:汽车之家     作者:宋爱菊
  作为车主,你可能对新能源车续航里程的提升给予很多关注,而由于续航与动力电池能量密度相关,国内电池企业正打算以一种更高技术含量的镍钴锰NCM811路线提升能量密度,从而让消费者与车企皆大欢喜。但这种改变镍钴锰配比的方案,可能带来一定的安全隐患,因此企业在如今尚不成熟的技术条件下推出NCM811,很可能得不偿失。


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  1、高镍NCM811在政策和市场双重作用下,成为中国电池制造商的热捧对象。
 
  2、比克、天津力神、比亚迪、鹏辉能源、亿纬锂能等在内的动力电池企业均投入研发生产NCM811技术路线。
 
  3、国内专家认为NCM811的安全性及循环寿命仍是短板,也面临技术和上游材料供应等瓶颈,同时对其过快投放市场表示担忧。
 
  4、业内专家预计,NCM811电池2022年后可进行商业化应用。
 
  高镍811三元锂电池为何风起?
 
  镍钴锰NCM及镍钴铝NCA均是三元锂电池,由于NCA电池技术壁垒高,且日企垄断了NCA材料市场,中国电池制造商在综合技术条件、工艺、成本等多重因素下,大多选择NCM路线。按照镍、钴、锰三者用量比例不同,镍钴锰三元锂电池具体可细分为111型、523型、622型和811型等。
 
  NCM811,即正极材料中镍钴锰的含量比例为80%:10%:10%的三元锂电池,代表目前三元锂电池领域最高能量密度与最高技术含量的路线。


  NCM811成为中国电池制造商的热捧对象,有着多重原因。首先,国家政策不断以动力电池能量密度为关键指标引导新能源汽车产业发展,同时将新能源补贴与动力电池能量密度直接挂钩。另外,根据《汽车产业中长期发展规划》,目标到2020年,动力电池单体能量密度达到300Wh/kg以上,力争实现350Wh/kg,系统能量密度力争达到260Wh/kg,成本降至1元/Wh以下。
 
  根据行业现状,NCM523能量密度最高为200Wh/kg,NCM622和NCM811可以达到230Wh/kg和280Wh/kg以上。如果依靠三元锂电池实现2020年260Wh/kg的目标,仅NCM811有可能胜任。
 
  其次,作为三元锂电池关键材料的钴金属价格飞涨,倒逼电池企业选择NCM811路线。三元锂电池市场经过近几年的开拓,锂、钴等金属资源吃紧,尤其是金属钴,其价格从2016年年底的27万元/吨涨到2017年年终的53.4万元/吨,暴涨97.8%。而一吨电解镍的价格,目前也就11万出头。811路线提升镍的含量,降低钴的含量,也能带来成本的降低。


  多家企业入局高镍811
 
  在新的政策和市场环境下,多家中国电池企业宣布或规划高镍811项目的研发和生产,因此2018年也被业内称为高镍811量产元年。
 
  今年5月,比克电池率先宣布3.0Ah圆柱18650电池NCM811量产下线,电池能量密度提升至250Wh/kg。作为国内最早量产NCM811电池的企业,比克提供的客户名单显示了业内对新技术路线的热情:据介绍,比克NCM811电池已应用于零跑、小鹏、云度、江淮、上汽大通、北汽新能源等企业车型。鹏辉能源也对外透露,公司NCM811材料的2.8Ah、3.0Ah圆柱18650电池已量产,并且开始供货给相关整车厂。
 
  除了比克和鹏辉能源宣称具备量产能力之外,国内部分电池企业对外公布了高镍811的未来布局。国轩高科年初对外宣称,已开发出三元811软包电芯,能量密度到达302Wh/kg,目前已开始建设相关产品中试线,计划2019年建设产线。此外,国轩高科已确定为福特与众泰合资公司开发的第一款车型提供三元622型动力电池。

  天津力神是国内少数同时规划NCA及NCM路线的电池企业,力神计划到2022年,提升乘用车单体电芯能量密度至350Wh/kg。目前,天津力神NCM811已小批量供货,NCA则被列为企业长期规划。
 
  比亚迪则在今年6月份宣布其NCM811动力电池研发取得重大进展,将于2019年下半年投入使用,并将在与长安汽车成立动力电池合资公司的基础上,投资50亿元在重庆增建10GWh高镍811电池产能。
 
  不过也有企业对NCM811的技术路线持谨慎态度。作为中国动力电池出货量排名第一的企业,宁德时代此前被爆出2019年推出高镍811电池,但官方对此报道表示不予置评。同时,车企方面,奇瑞新能源也对外表达了暂未有采购NCM811的计划,原因在于NCM811的技术成熟度、安全性仍有待验证。
 
  放眼全球市场,除了松下为特斯拉独家供应NCA电池之外,以SK、LG化学为首的韩国企业研发进展并不顺利。今年年初,搭载LG化学NCM811软包电池的韩国现代Kona EV纯电动SUV发布,双方协议年内投入市场,韩国SK则在2017年8月底宣布今年8月批量生产用于电动汽车的NCM811电池。但LG化学近期证实,今年将只生产圆柱型NCM811电池,用于电动公交车。SK则证实它将延迟推出用于电动汽车的NCM811电池。


  专家:NCM811体系需加强验证,2022年后或走向商业化
 
  “目前限制NCM811大规模量产的原因主要是工艺水平,其次是部分技术瓶颈仍待解决,高镍三元材料供应体系也还不完善。”从2013年就从事高镍三元材料研发的动力电池专家马俊峰认为,NCM811对制备工艺、设备、生产环境等要求极高,这是限制NCM811规模应用的主要因素;而且NCM811对为其配套的高压电解液、隔膜等材料的要求也远远高于普通三元电池,同时对下游的电池热管理等技术也有着很高的门槛,这导致NCM811距离实际的商业化应用仍有一段距离。
 
  多位业内专家对此持相对一致的看法。“NCM811体系需要加强验证工作,目前还不具备商业化运作的能力,预计2022年后可进行商业应用。”国家863电动车重大专项动力电池测试中心、中国北方车辆研究所动力电池实验室主任王子冬认为,就目前技术看,高能量密度的电池往往存在寿命低、安全性差等问题,这些问题须在批量应用之前解决。


  在马俊峰看来,单一提升能量密度是在牺牲动力电池其他性能的前提下进行的。即便松下为特斯拉提供了单体能量密度达到300Wh/kg的21700NCA电芯,但其电芯的循环寿命并未达到目前主流三元材料电池2000次+的水准。
 
  “比克在内测NCM811的时候,会出现循环不到1000次就衰减至80%以下的情况,这在前期研发中尤其常见。”比克技术人员表示。作为国内首家量产NCM811电池的企业,比克电池NCM811电池已累计装机超0.3GWh,占动力电池整体市场份额的1.3%。即便已有一定成熟的研发生产经验,比克也未能避免牺牲电池一定循环寿命的负面影响。


  『搭载比克NCM811电池的江淮iEV7S(参数|询价)』
 
  为了避免高比能电池寿命减少的影响,各家车企采取了不同的措施。特斯拉通过将电池系统容量提升到100kWh的方式,降低单枚电芯的单次放电深度,从而变相延长动力电池的使用寿命。而应用比克NCM811电池的江淮,也表示只采购单体电芯,“电池包(Pack)和BMS、电池液冷等技术我们是自主研发应用。”江淮乘用车营销公司副总经理汪光玉同时告诉汽车之家,目前江淮仅iEV7S及iEVA50两款车型采用比克NCM811电池。
 
  NCM811电池除了循环寿命不理想之外,其安全性相比普通三元锂电池也较低。“从材料性能上看,NCM811电池的寿命和过充安全性能不如NCA电池,钴的用量也比NCA的高。”中国科学院物理研究所研究员黄学杰说,“我对企业的建议只有一点,不要跟风。”


  “高镍三元材料可以通过材料改性、表面包覆、提升电压、调整负极材料等多种方式提高其安全性。NCM811的高比能量和长循环寿命、高安全性等是可以同时存在的,但目前国内还达不到这样的水平,三五年之后或许能实现。”马俊峰坦诚,无论是此前他所在团队生产的产品,还是目前其他的市场NCM811产品应用,表现均很“一般”。
 
  “即便是制造工艺和质量管控水平都很先进的韩企,如三星SDI和LG化学均宣布推迟NCM811电池的规模生产和应用,这侧面说明了该技术路线还不成熟。”
 
  总结全文:作为目前动力电池领域最高能量密度与最高技术含量的路线,NCM811在政策和市场的双重作用下,成为了国内多家电池企业的重点布局。但高比能与长循环寿命、高安全性,在不成熟的工艺和材料等综合因素作用下,仍然相悖。无论是业内专家还是新能源从业者,谁都不想打破中国新能源弯道超车的可能性,但我们仍应理性地看到,NCM811距离大规模应用仍有很长一段路要走。

文章关键词: 电池 动力 高镍 责任编辑 : 王洋
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