磷酸鐵鋰離子電池的理論能量密度惟有180Wh/kg，三元材料電池因此擔(dān)起了攻堅(jiān)重任。而三元材料體系繁多，哪種才是正確路線?經(jīng)過多家公司不斷摸索，大家仿佛達(dá)成共識(shí)，高鎳體系的三元材料電池是今后的發(fā)展方向。

日前，工信部公布了2018年第6批《新能源汽車推廣使用推薦車型目錄》(簡稱《推薦目錄》)。按照新能源汽車補(bǔ)貼新政要求，自六月十二日起，從今年第5批開始，進(jìn)入《推薦目錄》的新車型才能享受補(bǔ)貼。第5批、第6批《推薦目錄》對(duì)汽車的電池能量密度、續(xù)駛里程等方面提出胃更高要求。

事實(shí)上，此前出臺(tái)的《促使汽車動(dòng)力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)辦法》已明確我國動(dòng)力鋰離子電池目標(biāo)，到2020年，鋰離子動(dòng)力鋰離子電池單體比能量大于300Wh/kg;系統(tǒng)比能量爭取達(dá)到260Wh/kg;成本小于1元/Wh;使用環(huán)境從零下30℃到55℃;具備3C充電能力，力爭實(shí)現(xiàn)單體電池350Wh/kg。

磷酸鐵鋰離子電池的理論能量密度惟有180Wh/kg，三元材料電池因此擔(dān)起了攻堅(jiān)重任。而三元材料體系繁多，哪種才是正確路線?經(jīng)過多家公司不斷摸索，大家仿佛達(dá)成共識(shí)，高鎳體系的三元材料電池是今后的發(fā)展方向。

高鎳三元材料成為主流

經(jīng)濟(jì)學(xué)家經(jīng)常用供給與需求兩條曲線分解市場，兩者的交織就是平衡點(diǎn)。動(dòng)力鋰離子電池公司也使用這個(gè)原理分解產(chǎn)品發(fā)展趨勢。

寧德時(shí)代新能源科技有限公司副總裁、首席科學(xué)家吳凱展示了動(dòng)力鋰離子電池能量密度與成本之間的關(guān)系。隨著規(guī)模張大、技術(shù)進(jìn)步，成本曲線向下傾斜;克服“里程焦慮癥”的方法惟有提升能量密度，這也是我國政府和行業(yè)鼓勵(lì)的方向。向上的能量密度曲線與成本曲線形成交織點(diǎn)，動(dòng)力鋰離子電池公司圍繞于此做文章。

吳凱說：“公司對(duì)電池的設(shè)計(jì)都是從成本與能量密度的平衡著眼。在平衡點(diǎn)之下，三元材料占有優(yōu)點(diǎn);在平衡點(diǎn)之上，硅基負(fù)極體系和固態(tài)電池占有優(yōu)點(diǎn)。在固態(tài)電池還不能商業(yè)化的背景下，三元材料體系成為主攻目標(biāo)?！?/p>

近期，在多個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇上，公司和科研機(jī)構(gòu)的專家均談到，磷酸鐵鋰離子電池受到自身材料性能的限制，以目前的技術(shù)水平難以在2020年達(dá)到國家規(guī)定的能量密度要求，而三元材料中的NCM111和NCM523等類型電池也是如此。

據(jù)專家解析，目前主流的NCM523電池，能量密度可以達(dá)到160～200Wh/kg，與300Wh/kg有較大距離?？蒲腥藛T提高三元體系中鎳的含量，電池的能量密度顯著提高，NCM622和NCM811分別達(dá)到230Wh/kg和280Wh/kg。為了達(dá)到300Wh/kg的目標(biāo)，高鎳三元材料成為必然的選擇。

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(hào)占比78%，NCM622型號(hào)占比14%，NCM811/NCA占比8%，NCM811產(chǎn)量大幅上升。

目前，高鎳三元材料有兩種路線，分別是NCM(鎳鈷錳)和NCA(鎳鈷鋁)。在高鎳三元材料中，鎳的緊要用途是供應(yīng)容量，其含量越高，電池的能量密度越大;鈷元素在貢獻(xiàn)一部分容量的同時(shí)起到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的用途;錳/鋁緊要用來穩(wěn)定三元體系結(jié)構(gòu)。

公司憑技術(shù)積累走在前列

比克是國內(nèi)較早從事三元電池研發(fā)與加工的公司，自2006年至今積累了豐富的相關(guān)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。目前，比克已實(shí)現(xiàn)NCM811動(dòng)力鋰離子電池的批量供貨。

比克加工的三元電池全部為圓柱電池，目前緊要供應(yīng)18650-2.75Ah電芯產(chǎn)品。記者在比克電池廠看到過配裝18650-2.75Ah電芯的零跑LP-S01電動(dòng)汽車。據(jù)解析，其整包電量36kWh，最大續(xù)駛里程360km，NEDC工況下續(xù)駛里程250km，在慢充模式下8～10小時(shí)可洋溢，快充模式下48分鐘可充電80%，在極端的應(yīng)急模式下充電10分鐘可行駛60km。

今年五月，比克3.0Ah電芯產(chǎn)品上市，能量密度達(dá)到250Wh/kg，助力新能源汽車實(shí)現(xiàn)超長續(xù)航。比克的三元材料電池不再惟有18650電芯，21700電芯已完成多次下線內(nèi)測，4.8Ah21700圓柱電池開始小批量試樣，預(yù)計(jì)今年第四時(shí)度實(shí)現(xiàn)大批量出貨，年底推出5.0Ah產(chǎn)品。

天津力神在三元材料研發(fā)中形成了自己的特色，在NCA正極材料研究基礎(chǔ)上，開發(fā)高比能量、長循環(huán)壽命、良好安全性能的鋰離子動(dòng)力鋰離子電池用高鎳系正極材料，并且通過納米制備、納米分散、包覆及預(yù)嵌鋰等多種技術(shù)，研發(fā)容量高、首次效率高、循環(huán)穩(wěn)定性及倍率性能好的硅碳負(fù)極材料。

正負(fù)極材料研發(fā)技術(shù)的沖破，使天津力神三元材料電池的能量密度提前達(dá)到國家設(shè)計(jì)的目標(biāo)。據(jù)悉，其開發(fā)的電芯單體比能量達(dá)到302Wh/kg，體積能量密度大于642Wh/L，25℃下1C充放電循環(huán)710次(100%DOD)，容量保持率達(dá)到80%。天津力神通過進(jìn)一步優(yōu)化電解液配方，循環(huán)性能分明改善，目前循環(huán)285次(100%DOD)容量保持率高達(dá)96%。這為開發(fā)出比能量300Wh/kg、循環(huán)壽命1500次的鋰離子電池單體奠定了基礎(chǔ)。

三元材料痛點(diǎn)待破

三元材料的優(yōu)點(diǎn)很分明，痛點(diǎn)也很突出，一是技術(shù)難度較大;二是材料價(jià)格上漲制約成本下降。日本松下電池率先實(shí)現(xiàn)高鎳三元材料電池量產(chǎn)，國內(nèi)僅有少數(shù)公司量產(chǎn)NCM811，技術(shù)難度可想而知。駱兆軍說：“高鎳材料不僅堿度高，氧化性也是難題，這兩個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)成為許多公司研發(fā)高鎳三元材料的“攔路虎”。比克有十幾年的三元電池研發(fā)相關(guān)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，相關(guān)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)積累在攻克難題中起了緊要用途?！睋?jù)解析，比克通過對(duì)材料熱特性研究和穩(wěn)定成膜添加劑，陶瓷隔膜技術(shù)使用和結(jié)構(gòu)件優(yōu)化等多個(gè)方面最終完成了多層安全保證。

三元材料體系中非得使用金屬鈷，我國是鈷資源貧乏國家，非得依靠進(jìn)口。近年來，隨著全球新能源汽車推廣熱潮升溫，鈷價(jià)格繼續(xù)上漲。2015年，全球精煉鈷的供給量約為10.2萬噸，而鈷的需求量約為9.2萬噸，鈷價(jià)格保持相對(duì)平衡，2016年，鈷價(jià)格開始穩(wěn)步上漲，但速度并不快，保持在10萬～15萬元/噸之間，2017年開始鈷價(jià)格一路上揚(yáng)。有資料顯示，2018年，鈷價(jià)有可能達(dá)到80萬元/噸。

一家不愿透露姓名的產(chǎn)業(yè)投資者告訴記者，金屬鈷的稀缺性、供需緊張、寡頭控制、小品種在期貨市場容易被炒作，以及剛果(金)的時(shí)局等因素都成為鈷價(jià)繼續(xù)上張的動(dòng)力源。

在新能源汽車補(bǔ)貼退坡和“雙積分”政策執(zhí)行的背景下，汽車公司為新增市場競爭力，每年要求電池公司降低供貨價(jià)格。整車公司對(duì)價(jià)格的“索取”越來越猛厲，而三元材料的降價(jià)能力有限，成本高成為令人頭痛的問題。

為了應(yīng)對(duì)成本困擾，電池公司嘗試進(jìn)一步采用高鎳辦法。據(jù)了解，國內(nèi)有些公司正在研究9∶0.5∶0.5的三元材料電池，提高鎳的使用量，降低鈷的用量，從而規(guī)避鈷價(jià)不斷上漲帶來的成本困擾。

日本松下作為全球著名的三元材料電池公司，在高鎳化道路上走得更遠(yuǎn)。前不久，松下汽車電池業(yè)務(wù)的負(fù)責(zé)人KenjiTamura在與分解師開會(huì)時(shí)表示：“我們已大幅降低鈷的使用量，并希望在不久的未來實(shí)現(xiàn)無鈷電池，目前研發(fā)已在進(jìn)行中?！?/p>