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高镍三元电池在新能源汽车规模化应用的瓶颈

2018-04-25 16:33:37 【标王工业】 来源:bwgy2017 阅读

我国已连续三年位居全球新能源汽车产销第一大国。预计未来几年仍将保持高速增长。

作为异于传统汽车的最大特征,在新能源汽车体系中锂电池成本占比达到20-50%,同时也是决定电动汽车续航里程的核心因素。

新能源汽车市场的持续增长,带动了动力电池行业的增长。2017年国内新能源汽车锂电池总装机量达到了33.55Gwh。动力电池产品的更新迭代也影响着新能源汽车的整体发展。

目前,动力锂电池发展路线正经历一场变革。

三元电池超车在即

2017年以前,市场选择了磷酸铁锂电(真空烤箱)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。

政策导向释放了鼓励高性能动力电池应用的信号,新能源汽车动力电池技术也在应声转向。

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413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,CATLBYD、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。

风口转向引领行业洗牌

业内人士预计,在现有政策趋势维持不变的背景下,2018年及以后,磷酸铁锂路线将会逐步退出电动汽车市场,市占率萎缩带来的是此前以该技术为主打的企业面临淘汰风险,必须谋求转型。

相对应的,提前布局和掌握了高镍研发制造优势的企业将享受一段时间的先发红利。但长久的决胜需要持续的技术投入、工艺升级、市场开拓等等方面的“长跑耐力”。可以预见的是,高镍市场将集中掌握在拥有长期积累、实力雄厚的少数几家领军企业手中。而排名靠后的企业或中小企业在市场竞争中的筹码微乎其微,直至“被洗牌”。

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NCM811NCA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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