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深度 | 高镍之战,谁主沉浮

2018年是高镍811的元年,随着国家补贴政策直接与电池能量密度挂钩,三元电池特别是高能量密度的高镍811电池成为国内许多电池企业的必然的选择,同时,伴随着钴价格的高涨,高镍811 成为动力电池的发展趋势。三元正极材料分为镍钴锰酸锂(NCM)和镍钴铝酸锂(NCA),国内主要采用NCM技术路线,日韩采用NCA技术路线。NCM按照镍钴锰三者的比例又可以分为111、532、622、811。我们经常提到的高镍主要为811正极材料。

高镍811正极材料之所以受到国内电池企业的欢迎,是因为采用811作为正极的电池具有较高的能量密度、相对较为稳定的价格和对环境比较友好。

高能量密度优势明显,满足补贴新政能量密度要求

国家发展改革委和科技部联合印发的《汽车产业中长期发展规划》,明确到2020年,新能源汽车年产销达到200万辆,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。到2025年,新能源汽车占汽车产销20%以上,动力电池系统能量密度达到350Wh/kg。现有技术情况下,以磷酸铁锂和622以下的正极材料是很难达到这个要求的,而只有以高镍811为正极材料的电池才能保证能量密度达到300wh/kg以上的要求。

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成本优势明显,满足补贴退坡下需求

高镍811正极材料里面钴的比例较其他三元材料的钴比例低,受到钴价上涨的影响较小,价格也比钴酸锂价格低很多。进入2018年,随着各大电池厂纷纷开始布局甚至量产高镍811电池,高镍811正极材料的需求量和价格不断增长,进入2018年价格增长达到265元/kg,但跟钴酸锂400元/kg的价格比起来还是非常具有优势。以圆柱18650为例,单颗电芯重量为47g,所需高镍811正极材料重量为17g左右,单位电量所需811的量为17g/wh,单位电量811成本为0.42元/wh,单个电芯所需高镍811正极材料成本大概为3.5-4元左右,占总材料成本的40-50%,是电池成本里面占比高的一部分。

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乘用车企业率先应用,拉开811产业化的序幕

由于811电池具有较高的能量密度,能够在较小的重量内提供较高的电量,所以开始时主要在乘用车上面使用,如东风、云度、江淮和小鹏等,车辆续航里程普遍达到300km以上。

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圆柱电池企业先下一城,率先抢占高镍811产品

高镍811电池所具有的性能优势让其在车用动力电池领域非常具有竞争力,各大圆柱电池企业包括比克、力神、鹏辉、远东福斯特等都已经研发或者和量产出高镍811产品。

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高镍材料需求空间广阔,材料企业积极布局

高镍811材料价格和需求的增长,也吸引了大批材料企业的集中布局,如容百、当升、杉杉、巴莫等都公布了自己的高镍811材料产能规划。

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2017年,全年只有少量电池厂在生产高镍811电池,加上各类研发和试验所需的材料,其需求量还比较少。进入2018年,各大圆柱厂商的811产线经过设备调试和人员培训,已经布局到位,811电池的全年平均实际产能将会达到7Gwh左右,所需的811材料大概在13600吨。而进入2019年,811材料在方型和软包电池上的应用将会更加成熟,811材料的需求量会不断增长。

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虽然811拥有这么多的优点,但是在使用的过程中,也面临着一些问题:

1、循环过程中的Ni/Li混排,产生相变反应,由于锂离子的传输速率在颗粒内部各部位不相同,所以在充放电过程中会逐渐建立锂离子浓度梯度,并且缺锂的程度由表及里逐渐减小,表层晶格的扭曲程度大,发生相变反应的概率也大,这就是所谓的表面重构,这种表面重构现象和材料中Ni元素的含量有密切关系,进而诱发应力应变效应。

2、材料表面与空气和电解液容易发生副反应,对于NCA材料而言,即便是未循环过的原始材料,只要暴露在空气中,其表面也存在一层类NiO相,并且和电解液接触的一瞬间就会发生反应生成更多类NiO相。而对于NCM材料,由于Mn元素以+4价的形式存在,为了保持电荷平衡,必然存在一部分Ni以+2价形式存在,在合成过程中表层会出现一层NiO相。

3、高温条件下材料的结构稳定性差和表面催化活性较差。

811产品的问题现在主要通过元素掺杂和表面修饰的方式来解决解决。1、元素掺杂:如Mg和F等,可以有效减弱循环过程中和高温高充电截止电势下的相变反应;2、表面修饰:一方面包覆的厚度需要足够大且均匀,以抑制表面的副反应从而保护活性物质,另一方面表面包覆层又需要尽可能的薄,以保证Li+的传导不受阻碍。

由于高镍811的高温稳定性和结构稳定性较差,生产工艺比较难以掌控,现阶段主要在生产工艺比较成熟的在圆柱电池上面实现了量产,如比克、力神、鹏辉、福斯特等,而方型和软包电池现在都还处在研发和测试阶段,暂时还没有量产的产品,预计快也要2019年才能推出。在补贴跟能量密度挂钩的情况下,圆柱电池企业将有不错的表现,而方型和软包电池企业则面临着很大的挑战。

需要了解更多,欢迎订阅OFweek产业研究院《2018-2022年中国锂电池正极材料行业市场研究及预测报告》

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