两年后,国产新能源车退坡、动力电池产业放开后,在技术与产业布局上领先的外资电池将真正卷土重来,届时,或将有一场更为惨烈的动力电池三国杀。国内的动力电池企业最有效的应对方式,唯有以先进的技术回应挑战。

中日韩争霸!新一代高镍电池技术鹿死谁手?

日前,一则宁德时代计划明年量产NCM811动力电池的消息,将动力电池行业新一轮的技术竞赛摆在了人们眼前。稍早时候,比亚迪也以非官方公开发言的形式,表示其NCM811动力电池会在2019年下半年投入使用。

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,代表目前动力电池领域最高能量密度与最高技术含量的路线。

然而,在现下的语境,两大动力电池龙头齐齐放话要上NCM811,核心用意却不是要在此时争出个你死我活。

两年后,国产新能源车退坡、动力电池产业放开后,在技术与产业布局上领先的外资电池将真正卷土重来,届时,或将有一场更为惨烈的动力电池三国杀。国内的动力电池企业最有效的应对方式,唯有以先进的技术回应挑战。

▍高镍材料体系成动力电池必由之路

如果说在2017年,动力电池企业对三元锂电池的正极材料选择还有所疑虑的话,那么一年过后,两股强大的力量:钴的价格,以及政策和市场提出的能量密度要求,基本将企业的选择锁定在了高镍三元材料。

根据伦敦贵金属交易所的今年2月的数据,从当时往前倒推的18个月里,作为动力电池中尤为关键的材料,钴的价格上涨了3倍,最高时价格达到了8万美金/吨。根据全球第四大钴生产商金川国际财报披露,其钴平均售价上半年上升至每吨74243美元,同比上升118%。这两天,钴价(电解钴)则稍稍回落到了50万元人民币/吨以下。然而,一吨电解镍的价格,目前就11万出头。

正极材料在动力电池的成本占比最高,最高可以达到30%。一路疯涨的钴价与相对低廉的镍价两相对比,动力电池企业们决定Pick镍。这是高镍三元材料崛起的第一重因素。

与此同时,电动汽车的里程焦虑,到如今仍然广泛存在。日前蔚来ES8120公里时速续航里程200公里出头的消息引发了广泛关注,就是最好的例子。消费对电动车续航里程的期待通过车厂传导到了动力电池企业,必然要求电池能量密度更高,带电量更大,能够跑更远。

恰好,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,显著高于钴含量更高、国内目前最主流的NCM523。

同样,国家政策也在强化对动力电池能量密度、成本的要求。2017年2月出台的《促进汽车动力电池产业发展行动方案》》明确提出了到2020年动力电池单体能量密度300Wh/kg、系统能量密度260Wh/kg,成本1元/Wh的目标。标准不断走高的新能源车补贴标准,比如今年纯电动乘用车系统能量密度达到140Wh/kg才能拿到足额补贴的条款,也在推动动力电池产业往高镍三元材料路线进发。

在2018年,NCM811一时成为国内动力电池产业的宠儿。不仅是比亚迪、宁德时代表示2019年量产的计划,国轩高科、亿纬锂能等也计划在2019年量产,比克、力神、鹏辉新能源更是表示,其NCM811动力电池已经实现了量产供货。其中比克还列出了一份客户表,北汽新能源、上汽大通、云度等均在其列。而原本计划在NCM523基础上发展、推广的NCM622,此时声量已经小了下去。

多方合力之下,中国动力电池技术似乎又要迎来一轮“一步到位”的跨越式发展。

▍高镍动力电池之战:日本领先,国产已落后

然而,在中国动力电池行业刮起一片NCM811之风时,韩国那边却传来了“坏消息”:

去年,韩国动力电池行业的老三SKI宣布量产NCM811软包动力电池,将为起亚的电动车供货。然而今年,SKI却宣布推迟量产NCM811的计划。

而韩国的另一动力电池巨头LG,今年初LG配套电池的现代KonaEV亮相时,一度被传为是”首款使用NCM811电池的电动车”,而后韩国媒体却辟谣,KonaEV采用的是NCM622三元电池。LG化学CFO在接受采访时也表示,LG生产的NCM811仅限于圆柱形锂电池、仅应用在电动大巴上。

不过,技术要求稍低的NCM622技术路线,国内的厂商也尚未实现大规模上量。在面向未来的技术储备上,国内动力电池产业在中日韩三国中最弱势。

三元锂动力电池的各项属性之间,一直存在相互制约的关系——能量密度高了,温控和安全性就更难保障;要保障电池循环寿命,能量密度就会相对受限。

三元锂动力电池的各项属性之间,一直存在相互制约的关系

三元材料中镍含量与电池各属性关系:左边为失控温度,中部为克容量,右边为容量保持性能NCM811中提升了镍的占比,拉高了电池的能量密度,然而却要付出电池循环寿命减少、电池热稳定性变差、功率性能下降等诸多代价,这便要求在动力电池的其他关键材料(负极材料、隔膜、电解液)以及电芯成组、成系统的环节予以找补。

仅有日本的松下,以圆柱形电池的形式真正解决了高镍三元材料动力电池的大规模生产应用问题。虽然松下采用的正极材料是NCA(镍钴铝),三种材料配比为80%:15%:5%,但本质上它和NCM811路线同源。在特斯拉Model3采用的21700圆柱形电池上,松下实现了单体电芯能量密度300Wh/kg的指标。

松下提供的电池超高能量密度并不只归功于高镍正极材料。在负极上,松下使用了碳硅材料。硅的克容量为4200mah/g,而纯石墨负极克容量仅为373mah/g,掺入了硅的碳硅负极材料克容量能够达到400-650mah/g的水平,进一步推高了电池的能量密度。

特斯拉此前更是在生产报告中指出,其电池的部分性能指标已经比竞争对手下一代还强,和宁德时代的路线图比起来,似乎确实是这样。

看宁德时代的技术路线图,他们使用NCM811配合碳硅负极实现300Wh/kg能量密度的产品,要在2020年才推出。

这意味着,松下在高镍三元锂动力电池的产业化、应用于乘用车的节奏上,至少领先了中国动力电池龙头企业2-3年。尽管宁德时代与比亚迪在去年的动力电池出货量排名上分列第一、第三,但在技术上,松下仍然是公认的第一。

而国内虽然也有不少动力电池企业推出NCM811圆柱形锂电池并开始推向市场,但在规模上完全无法和松下高达数GWh的供货量相比。

▍高镍电池量产需要全产业进步

据悉,宁德时代频繁与车厂进行合资的举动中,有较大成分是因其技术深度与国外巨头相比并不领先,希望以此举来绑定车企,分担风险。而比亚迪,日前也在动力电池领域和长安合资。

不过,技术不占优也并非全然是宁德时代、比亚迪们不够努力。由于动力电池牵一发而动全身的属性,对NCM811的应用,其实需要整个产业体系的通力配合。而国内动力电池生产厂商的上下游、中国的动力电池产业乃至新能源车产业,本就处在追赶者的角色。

在整个产业上游,动力电池的四大关键材料(正极材料、负极材料、隔膜、电解液),目前日韩公司居于技术主导地位,更尖端的高镍三元材料和其配套材料更是如此。

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