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高镍811动力电池需冷静,松下的电池研发进展

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[汽车 新闻]
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。

随着国家补贴政策向长续航里程与高能量密度倾斜,三元电池的优势逐渐凸显出来,受到国内许多电池企业的青睐,而三元电池中的高镍811电池近来更是受到热捧,2018年被称为高镍811的量产元年。

盖世汽车讯
据外媒报道,近年来电动车发展如火如荼,电动技术日新月异。为此,小编整理了LG化学、SK创新和特斯拉-松下的电池研发信息,供读者品鉴。

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LG化学

1分钟阅读全文:

三元电池:天然优势 成动力电池最优之选

澳门太阳娱乐集团官网,据PushEVs透露,LG化学的电池路线图非常明确。该公司专注于NMC
811阴极材料,借此巩固其在电池市场的领先地位。此外,该公司的电池能量密度较高,成本较低。如今,第三代量产电池已被用于电动客车中,在能量密度、缩减成本提升充电性能这三方面又迈进了一大步。

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。

自锂离子电池技术普及以来,出现了各种各样的电池体系,从实际应用来看,目前电池的负极材料多选择石墨,而正极材料主流有钴酸锂、磷酸铁锂、三元、锰酸锂等材料。

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高镍811三元锂电池为何风起?

电动汽车资源网《2018动力电池行业发展年中报告》显示,按动力电池类型分,2018年前7月装机的动力电池类型有:三元锂、磷酸铁锂、锰酸锂、钛酸锂等。其中,装机最多的为三元锂电池,前7月装机量为11.44GWh,占总装机量的59.35%;其次为磷酸铁锂电池,前7月装机量为7.34GWh,占总装机量的38.07%;锰酸锂和钛酸锂的装机量均在0.5GWh以下,占比分别为1.93%、0.65%。

该公司提升了NCMA电池中氧化铝的含量,而钴的含量不足10%,该产量将在2020年实现量产。622三元电池的镍、钴、锰的含量分别为70%、10%和20%。然而,目前公司将NCMA电池的镍含量提升至90%,该款电池正在研发中。而712电池也处于研发阶段,未来2-3年内将实现量产。

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。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。

三元电池占比扩大,与2018年新版补贴政策倾向于高能量密度的动力电池产品有关。6月12日以后实施的补贴标准,乘用车能量密度105Wh/kg以下无补贴,105-120Wh/kg仅有0.6倍补贴,高于140Wh/kg才能拿到1.1倍补贴;新能源客车135Wh/kg以上才能有1.1倍补贴。

迄今为止,LG化学生产的NCM
811电池只有电动客车用的柱状电池,但电动车用的NCM
622袋式电池的能量密度更高。值得一提的是,现代Kona
Electric将采用LG化学的NCM 622电池。

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。镍在锂离子电池内的主要作用就是拉高克容量,让电池的能量密度更高。公开数据显示,NCM811材料的克容量能够达到190mAh/g,高于国内目前主流的动力电池NCM523的克容量166mAh/g。

在主流材料中,磷酸铁锂的能量密度较低且已接近天花板,锰酸锂也因能量密度较低应用受限,而钴酸锂因其热稳定性差,不适用于动力电池领域。在技术上,三元电池在能量密度上有天然优势,尽管当前的技术还存在安全性较差和循环寿命较短等短板,但未来随着技术继续进步,安全性问题逐步改善,在其他电池技术未实现重大突破之前,三元目前仍然是动力电池领域最优之选。

SK创新

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高镍811电池:高能量密度、低成本 成未来趋势

该公司计划于2018年8月量产NCM 811电池芯,该产品可供电动车使用,起亚Niro
EV将成为采用该电池的首款车型。

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。

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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。

按照镍钴锰的比例,三元可以分为111、523、622、811等,NCM811电池则指三元锂电池中正极材料的镍钴锰比例为8:1:1,也就是我们常说的高镍电池。镍主要的作用是提升能量密度,高镍意味着更高的能量密度以及更低的钴含量,高镍811电池既能增加续航又能大幅度降低成本,因而高镍811的研发成为目前热点。

特斯拉-松下

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。

当前国内普遍使用的三元锂电池型号为523(镍钴锰比例为5:2:3),其能量密度可以达到160-200Wh/kg,少数企业可以生产NCM622型号电池,可达到230Wh/kg,而NCM811则可以达到280Wh/kg。

特斯拉宣称,Model
3电动车车载电池的能量密度位居业内最高水平,公司削减了钴含量,同时增加了镍含量,并将其称之为新一代的NCA电池化学配比,但其电池阴极则由其他制造商生产。

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《汽车产业中长期发展规划》中明确规划,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。到2025年,动力电池系统能量密度达到350Wh/kg。

小结

多家企业入局高镍811

以现有的技术条件,磷酸铁锂和NCM622以下的正极材料是很难达到高能量密度的要求。如果要达到300Wh/kg以上的能量密度,纵观当下,NCM811三元电池成为必然选择,这也是我国政府和行业鼓励的方向。

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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。

除了政策推动高镍811电池的发展,钴成本的上涨也使得企业通过“降钴增镍”来缓解成本压力。原材料钴的持续吃紧,加上2017年以来其价格不断上涨,让电池生产商压力山大。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。各电池制造商开始将选材重心从钴转换到价格较为便宜、性能更为稳定的镍金属。

LG化学预计从2020年开始生产712电池,SK创新于今年开始生产811电芯,特斯拉的生产时间表尚不明朗。特斯拉-松下联手后,其蓄电池的能量密度领先业内,通过提升阴极的镍含量并降低其钴含量来降低成本。

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。

国内外电池厂商争相布局

总而言之,随着电动车技术的持续发展,电动车的竞争力越来越大。(本文图片选自cleantechnica.com)

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。

受钴价格上涨带来的成本压力和国内补贴新政的双重刺激,电池企业加快推进量产钴含量更少的高镍电池。

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国内研发NCM811技术路线的企业一览

据外媒报道,宁德时代表示将于明年推出用于电动汽车的新型低估含量和高能量密度的NCM811电池。目前宁德时代德动力电池电池是NCM523,这意味着正极材料是20%钴。钴的稀缺性和高价格是电动汽车大规模生产的一个问题,目前,大众汽车已与宁德时代签订了电池供应协议,随着宁德时代引入NCM811电池,电池能量密度将进一步增加,预计每千瓦时钴含量将下降一半以上。

企业

无独有偶,比亚迪此前表示,预计2019年下半年开始应用三元高镍811电池。自2017年下半年以来,国内动力电池企业在高镍811的布局明显提速。包括比克动力、力神电池、鹏辉能源、亿纬锂能、远东福斯特在内的诸多动力电池厂家都表示,基本已经完成从产品技术突破到小批量生产再到客户送样认证测试的过程,部分企业甚至已实现量产。

研发进展

今年年初,国轩高科表示,已经开发出三元811材料软包电芯,能量密度能够达到302Wh/kg,预计2019年小批量生产供应。

比克

比克电池更是表示,公司的高镍811电池已成功应用于江淮、上汽大通、北汽新能源、小鹏、云度等品牌车型,车型均已入围新能源推荐目录。

2017年量产NCM811电池,并将产品导入江淮、北汽新能源、零跑、小鹏等新能源车企

相比于国内,国外的松下、LG化学、SKI、三星SDI都已早早地积极备战高镍811。目前松下应用在特斯拉Model
3上的21700圆柱型电池,通过改良高镍正极材料和硅碳负极材料的应用,电池能量密度达到20%的提升。

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