扩张时代,高镍三元为王

　　受到新能源汽车行业的带动作用和相关政策的驱动,高能量密度的三元材料需求增大。2017年1月14日,工信部牵头编制了《汽车产业中长期发展规划》,明确了到2020 年我国新能源汽车年产量将达到200 万辆,以及到2025 年我国新能源汽车销量占总销量的比例达到20%以上的发展目标。根据国家发布的《节能与新能源汽车技术路线图》,到2020 年,新能源汽车年产销达到200万辆,动力电池单体比能量达到300瓦时/公斤以上,力争实现350瓦时/公斤,系统比能量力争达到260瓦时/公斤、成本降至1元/瓦时以下。到2025年,新能源汽车占汽车产销20%以上,动力电池系统比能量达到350瓦时/公斤。

　　目前的磷酸铁锂材料受到理论比容量的限制达不到2020年的要求,三元正极材料的NCM111和NCM523等材料也很难达到2020 年单体电池300wh/kg的目标。目前的主流的NCM523 可以达到160-200wh/kg,而NCM622 和NCM811分别可以达到230wh/kg和280wh/kg。所以未来需要大力发展高镍的NCM622、NCM811和NCA材料。同时,对于三元材料,振实密度在2-2.5 g/cm3,而磷酸铁锂材料振实密度在1-1.4g/cm3,所以三元材料拥有更高的体积能量密度,这对于电池的小型化有重要作用。对于三元电池的型号,高镍材料主要指三元材料中的镍含量提高。因为在三元NCM 和NCA中,Ni 主要是提供容量作用,含量越高,电池的能量密度越大;而Co贡献一部分容量的同时可以稳定结构;Mn/Al主要用来稳定结构,三者协同作用,共同发挥出三元材料高能量密度、较低成本等优点。

　　三元NCA 材料,国外起步较早,国内的起步较晚。根据GGII 的统计,截止2016年末,国内从事NCA 生产的企业数量超过了15家,大多数处于建设发展初期,少量企业处于小批量生产送样检测的阶段,与日韩存在明显的差距。目前特斯拉电动汽车采用的为日本松下的NCA 电池,带动了全球的NCA 生产的热潮。国内NCA 生产量为几百吨左右,根据GGII 预计,到2018年国内NCA 材料需求将突破千吨。

　　国内的正极材料企业正在积极布局高镍三元材料,未来高镍三元材料比重会逐步提升。目前国内布局高镍三元材料的企业有当升科技、杉杉能源、天津巴莫、国轩高科、格林美等。根据高工锂电的调研,高镍三元材料的占比持续上升,2016年国内高镍的NCM622、NCM811和NCA在三元材料总产量的占比已经超过5%,预计2017年将达到10%。未来高能量密度的NCM622与NCM811和NCA占比将逐步提升。特别的,截止2016 年末,国内从事NCM811/NCA企业相对较少,大多数处于生产线建设阶段和小批量生产阶段。其中处于研发阶段的占据大多数,为55%;处于产线建设阶段的有25%;处于小批量生产阶段的有20%。

　　高镍三元材料技术难度较大,需要企业科研的不断投入。由于NCM和NCA结合了LiCoO2、 LiNiO2以及LiMnO2/ LiAlO2的优点,通过三者之间的协同作用,表现出高能量密度、良好循环性和较好的成本优势的特点。随着镍含量的提高,整体能量密度得到提高,但是由于钴、锰/铝等含量降低,导致稳定性下降。同时高镍的三元材料制备工艺、设备以及生产环境等方面的要求都远远高于普通三元材料,特别是其前驱体在存储使用过程中容易吸潮成果冻状,不易调浆和极片涂布,并且高镍的三元材料对窑炉设备的要求很高,很难调控。