動力電池高鎳化風口已至？穩(wěn)定性及安全性成羈絆

電池能量密度的高低正成為決定新能源汽車補貼走向的重要因素。補貼的“低退高升”，促使電池及其材料升級換代，能量密度高且價格相對穩(wěn)定的三元高鎳材料成為目前電池企業(yè)的首選。三元材料逐漸開始向高鎳進化，力神電池、比克電池、億緯鋰能、遠東福斯特等多家電池企業(yè)已經(jīng)研發(fā)或量產(chǎn)高鎳產(chǎn)品。高鎳新材料體系雖有性能、效率、政策支持等優(yōu)勢，但核心材料的兼容及安全等問題阻礙了高鎳電池的大規(guī)模應用。儲能行業(yè)如何推動動力電池高鎳化轉型？

811型地位凸顯

據(jù)了解，按照鎳、鈷、錳用量比例的不同，三元電池具體可細分為111型、333型、523型、622型、711型，以及811型。鎳的含量越高，能量密度可上升的空間也就越大。2017年，我國動力電池市場主要以111型、523型為主。

“近年來，國內(nèi)市場對電動汽車續(xù)航能力、行駛里程的要求不斷提升，導致對動力電池能量密度的要求也越來越高，走高鎳化三元路線已經(jīng)逐漸成為主流車企的共同選擇。”寧波容百新能源科技股份有限公司戰(zhàn)略管理中心總經(jīng)理趙軍表示，“同時，國家主推政策的變化也促使高鎳三元電池在市場占有一席之地。”

據(jù)今年6月起執(zhí)行的《新能源汽車推廣補貼方案及產(chǎn)品技術要求》，補貼系數(shù)與能量密度緊密掛鉤，純電動乘用車想要拿到最高的1.2倍補貼，其系統(tǒng)質(zhì)量能量密度比需大于160Wh/kg。

據(jù)工信部12月3日最新發(fā)布的《新能源汽車推廣應用推薦車型目錄》（2018年第12批），大多數(shù)系統(tǒng)質(zhì)量能量密度比在130-150Wh/kg之間，最高的達到161Wh/kg。這和《促進汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》、《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》等文件中，明確提出的“到2020年，我國動力電池單體比能量要達到300wh/kg以上，力爭實現(xiàn)350wh/kg，系統(tǒng)比能量力爭達到260wh/kg，成本降至1元/瓦時以下”的目標，差距甚遠。

業(yè)內(nèi)人士認為，以現(xiàn)有的技術條件，磷酸鐵鋰和622型以下的正極材料很難達到上述要求。

“目前看來，由523型過渡到622型的意義并不大，大多數(shù)電池企業(yè)選擇直接上手811型。”北京磙石投資公司分析師楊延福說。

規(guī)模量產(chǎn)拐點已至

自2017年下半年以來，國內(nèi)動力電池企業(yè)在811型電池上的布局明顯提速。力神電池、鵬輝能源、遠東福斯特等動力電池企業(yè)都表示，基本已經(jīng)完成從產(chǎn)品技術突破到小批量生產(chǎn)，再到客戶送樣認證測試的過程。

比克電池更是其中佼佼者�C�C目前，其811型產(chǎn)品大部分已經(jīng)量產(chǎn)，在動力電池出貨量中的比例超50%，應用于領途汽車、康迪汽車、小鵬汽車、江淮大眾汽車和零跑汽車等多款純電動車型上；今年5月最新發(fā)布的18650-3.0Ah高能芯產(chǎn)品，單體比能量為250Wh/kg，產(chǎn)能達5.5GWh。

而動力電池界的兩大巨頭比亞迪和寧德時代則計劃明年推出811型電池產(chǎn)品。

“高鎳動力電池規(guī)模量產(chǎn)拐點已至。”楊延福認為，“通過提升鎳的比重，不僅能實現(xiàn)電池能量密度提升，同時降低了鈷的使用，在成本方面也緩解了三元材料價格上漲帶來的壓力。

雖然據(jù)申萬宏源證券的最新預測，鈷兩年內(nèi)價格將在25-40萬元/噸區(qū)間震蕩，相對于此前的60萬元/噸，已有大幅下降，但從長期角度看，鈷資源緊缺的情況不會改變。

此外，811型電池還可有效解決電池輕量化的問題，且在節(jié)省空間等方面也優(yōu)于磷酸鐵鋰電池和普通三元電池。

業(yè)內(nèi)人士表示，考慮到高鎳三元電池的各種優(yōu)勢，誰能夠率先大規(guī)模應用811型電池，誰就能在未來占有更多市場。不過，楊延福認為，333型和523型差別不大，523型到622型難度略有提升，而811型是個突變點，難度顯著提升，可真正實現(xiàn)高鎳正極批量出貨的廠商數(shù)將顯著減少。“今年只是過渡、放量階段，2019年811型市場比例將大幅提升，由于技術門檻變化，市場份額將向龍頭公司集中，產(chǎn)業(yè)格局或將重塑。”

技術短板不容忽視

雖然隨著鎳含量的提高，811型電池的單體比能量以及系統(tǒng)能量密度比有了快速提升，但由于用于穩(wěn)定結構的金屬鈷和錳的含量降低，811型穩(wěn)定性也大打折扣。

“穩(wěn)定性和安全性直接聯(lián)系，高鎳的普遍使用已經(jīng)將電池安全問題提上日程。”青島藍科途膜材料有限公司研究所副所長劉鵬說。

“正極和負極間極小的觸碰就會造成短路，形成火焰，周圍溫度迅速升高，最后導致整個電池的爆炸。” 蘇州宇量電池有限公司董事長兼總經(jīng)理毛煥宇告訴記者，“最近頻發(fā)的安全事故對行業(yè)發(fā)展有很大影響，但要真正杜絕此類事件并不容易。”

毛煥宇表示，材料設計、結構設計和工藝設計三方面都可形成短路隱患，即使上述環(huán)節(jié)沒問題，在大批量生產(chǎn)過程也不能完全防止這種小概率事件發(fā)生，且隱患在事故發(fā)生前無法檢測，一般在客戶端形成災害性爆發(fā)。

對此，毛煥宇稱，這種短路總是發(fā)生在一個單體電池里，只要控制住這一個電池，就不會釀成整車燃燒。“對于小型圓柱電池，可設置煙道移走高溫氣流。而對于大型方型電池，可降低熱失控強度，設置熱擴展屏障。”

劉鵬表示，濕法+涂覆隔膜解決方案可改善高鎳電池的高熱收縮穩(wěn)定性、低水分含量、高保液率、高耐氧化性等性能。

煙臺創(chuàng)為新能源科技有限公司技術總工李明明則認為，應該從辨識系統(tǒng)隱患入手，利用安全管控方式將事故潛藏危險降到最低。

“說到底，安全永遠是第一位的，其次才是能量密度值，才是國家補貼。”劉鵬說。