產(chǎn)量翻五倍，中國(guó)高鎳材料電池來了

受需求推動(dòng)，2018年NCM811電池的生產(chǎn)總量將是去年的10-15倍。

在動(dòng)力電池行業(yè)的賽道上，中國(guó)“選手”NCM523和NCM333在穩(wěn)步奔跑，NCM622正奮力追趕，更具潛力的NCM811剛從起跑線起步，但勢(shì)頭很猛。

NCM333、NCM523、NCM622、NCM811是三元?jiǎng)恿﹄姵氐膸追N細(xì)分類型。三元?jiǎng)恿﹄姵刂傅氖钦龢O材料為按一定比例調(diào)配的鎳鹽、鈷鹽、鋁/錳鹽的鋰電池，即鎳鈷鋁(NCA)或鎳鈷錳(NCM)。

由于鎳鈷鋁電池的研制難度較大，其核心技術(shù)仍掌握在日本企業(yè)手中。鎳鈷鋁材料的主要供應(yīng)商業(yè)也以住友金屬、日本化學(xué)產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社和戶田化學(xué)等日企為主。目前國(guó)內(nèi)研制鎳鈷鋁電池的企業(yè)相對(duì)較少。

更多企業(yè)使用的是鎳鈷錳材料。鎳的作用在于提升材料的體積能量密度，鈷用于提高材料的循環(huán)和倍率性能，錳主要用于提高安全性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

按照鎳鈷錳的混合比例，鎳鈷錳材料按照鎳含量由低到高，又可分為333、523、622、811等。目前，國(guó)內(nèi)使用NCM523材料的電池比能量可達(dá)到160-200Wh/Kg，NCM622可達(dá)約230Wh/Kg，而NCM811/NCA則可以達(dá)到280Wh/Kg。

在11月初召開的第三屆2018動(dòng)力電池應(yīng)用國(guó)際峰會(huì)上，中國(guó)汽車技術(shù)研究中心動(dòng)力電池領(lǐng)域首席專家王芳提及，從產(chǎn)業(yè)化角度考慮，中國(guó)的動(dòng)力電池行業(yè)正值NCM523和NCM333時(shí)代，NCM622處于中試階段，NCM811處于研發(fā)階段，但實(shí)際的發(fā)展?fàn)顩r比想象的更快。

中國(guó)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟的數(shù)據(jù)顯示，截至今年9月，中國(guó)動(dòng)力電池累計(jì)銷量為45.6GWh，三元電池占到一半以上。其中，NCM523材料電池仍是主流，但NCM811材料電池的成長(zhǎng)速度已不可小覷。

"811"元年

按照工信部《汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》的要求，到2020年，新能源汽動(dòng)力電池單體比能量達(dá)到300Wh/kg以上，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)350Wh/kg，系統(tǒng)比能量力爭(zhēng)達(dá)到260Wh/kg，成本降至1元/Wh以下。到2025年，新能源汽車占汽車產(chǎn)銷20%以上，動(dòng)力電池系統(tǒng)比能量達(dá)到350Wh/kg。

考慮到動(dòng)力電池能量密度提升需求和全球鈷價(jià)上漲的影響，少鈷高鎳的NCM811材料電池成為企業(yè)研發(fā)的重點(diǎn)。

5月，深圳市比克動(dòng)力電池有限公司(下稱比克電池)開始大規(guī)模量產(chǎn)使用高鎳811材料的18650-3.0Ah動(dòng)力電池電芯。四個(gè)月后，比克電池宣布，其811產(chǎn)品在動(dòng)力電池出貨量中的占比已超過五成，目前已用于多款車型。

在10月舉行的中國(guó)國(guó)際節(jié)能與新能源汽車展覽會(huì)上，比克電池又展示了一款已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的高鎳811材料電芯。據(jù)比克電池介紹，該款21700-4.8Ah的圓柱電芯已達(dá)到全球最高容量水平。

比克電池成立于2001年，主要從事鋰離子電芯研發(fā)、生產(chǎn)、銷售，是國(guó)內(nèi)圓柱電池的代表企業(yè)之一。真理研究的數(shù)據(jù)顯示，今年前三季度，比克電池裝機(jī)量占全國(guó)市場(chǎng)份額的2.8%，排名第六。

除比克電池外，國(guó)內(nèi)還有眾多電池企業(yè)相繼宣布它們的高鎳電池量產(chǎn)計(jì)劃。

目前，天津力神電池股份有限公司(下稱天津力神)已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)高鎳811材料電池，相關(guān)車型已進(jìn)入推薦目錄。且該公司研發(fā)的NCA高比能量動(dòng)力電池，電池比能量已超過300Wh/kg。

據(jù)PushEvs報(bào)道，動(dòng)力電池巨頭寧德時(shí)代(300750.SZ)計(jì)劃于2019年推出NCM811動(dòng)力電池。寧德時(shí)代總裁黃世霖曾表態(tài)，公司計(jì)劃到2020年實(shí)現(xiàn)電池能量密度達(dá)到300Wh/Kg。比亞迪(002594.SZ)和國(guó)軒高科(002074.SZ)也提出了類似的計(jì)劃。

上述三家企業(yè)今年前三季度動(dòng)力電池裝機(jī)量分列全國(guó)第一、二、四位。

寧德時(shí)代成立于2011年，由全球鋰電巨頭ATL的動(dòng)力電池業(yè)務(wù)獨(dú)立而成。2017年起，寧德時(shí)代趕超日本松下，成為全球動(dòng)力電池出貨量最大的企業(yè)，并與2018年成功上市。到今年年底，產(chǎn)能預(yù)計(jì)超過31.5Gwh。比亞迪的產(chǎn)能為28GWh。國(guó)軒高科成立于2006年，2014年登陸深交所，產(chǎn)能約為16GWh。

鵬輝能源(300438.SZ)、億緯鋰能(300014.SZ)等公司也表示，已經(jīng)完成高鎳811電池從產(chǎn)品技術(shù)突破，到小批量生產(chǎn)，再到客戶送樣認(rèn)證測(cè)試的過程。

正極材料企業(yè)當(dāng)升科技(300073.SZ)在今年初接受投資者調(diào)研時(shí)稱，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)高鎳811正極材料批量生產(chǎn)，今年全年產(chǎn)銷量將保持大幅增長(zhǎng)。

目前NCM811的報(bào)價(jià)在24萬(wàn)元/噸左右，高于NCM523的報(bào)價(jià)，但前者因鈷用量的減少，成本較后者低約1.4萬(wàn)/噸，因此，NCM81噸毛利將增加3.9-4.4萬(wàn)元。

根據(jù)真鋰研究預(yù)計(jì)，受需求推動(dòng)，2018年NCM811電池的生產(chǎn)總量將達(dá)到去年的10-15倍。

今年一季度，國(guó)內(nèi)三元材料產(chǎn)量約3.17萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)64.26%。 其中常規(guī)NCM型號(hào)(包括NCM523和NCM333等)占比78%;NCM622型號(hào)占比14%;NCM811/NCA占比8%，增長(zhǎng)明顯。兩年前，NCM811/NCA的市場(chǎng)份額還不到1%。

因此，2018年被業(yè)內(nèi)稱為高鎳811量產(chǎn)元年。

另?yè)?jù)瑞士銀行(UBS)近期發(fā)布的報(bào)告顯示，2020年之后NCM811的市場(chǎng)份額將迅速擴(kuò)大，到2025年三元材料的NCM622、NCM811和NCA將形成三足鼎立的格局。

艱難邁進(jìn)

由于鎳鈷錳使用比例的調(diào)整，NCM811等高鎳材料在提高鎳比例、大幅提升電池能量密度的同時(shí)，也會(huì)造成電池?zé)岱€(wěn)定性的持續(xù)下降，進(jìn)而影響到電池的安全性。

鎳在反應(yīng)過程中還會(huì)影響電池可逆比容量和循環(huán)性能，帶來電池循環(huán)應(yīng)性能減弱、充電效率降低的問題，給大規(guī)模應(yīng)用形成阻礙。

業(yè)內(nèi)共識(shí)，盡管國(guó)內(nèi)NCM523和NCM622電池制備技術(shù)已較為成熟，但生產(chǎn)NCM811電池仍非易事。

由于鎳自身的化學(xué)特性，容易造成鋰的析出，從而影響混料、涂布等后續(xù)加工過程，這是生產(chǎn)NCM811需要解決的一大難題。

單體電池生產(chǎn)主要包括混料、涂布、烘烤、輥壓、分條等環(huán)節(jié)?；炝霞磳⒄?、負(fù)極固態(tài)電池材料混合均勻后加入溶劑，通過真空攪拌機(jī)攪拌成漿狀。涂布環(huán)節(jié)則是正負(fù)極漿料涂覆在集流體(銅箔，鋁箔)表面，以制作極板。

比克電池圓柱電池總工李艷斌在接受界面記者采訪時(shí)表示， 比克在生產(chǎn)NCM811電池的過程中，需要對(duì)正極材料、漿料、電解液的選擇和配比，以及工藝和制造環(huán)境等多種因素進(jìn)行改進(jìn)。她舉例稱，“考慮到高鎳材料的氧化性強(qiáng)，對(duì)生產(chǎn)所用的水也進(jìn)行了調(diào)整。”

真鋰研究首席分析師墨柯指出，目前正極材料上純粹使用NCM811材料的電池仍然較少，總體上屬于小規(guī)模試驗(yàn)階段，但是將NCM811材料與NCM333或者錳酸鋰等材料進(jìn)行摻雜，并以此作為正極材料的情況已經(jīng)較為常見。“嚴(yán)格地說，使用811正極材料和NCM811電池有一定區(qū)別。”他說。

墨柯表示，使用混合材料可在大幅提高安全性的同時(shí)，提升能量密度。企業(yè)通過逐步提高NCM811材料的比重來驗(yàn)證技術(shù)可靠性，這也算作發(fā)展高鎳電池技術(shù)的方法之一。

“國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段只有NCM811圓柱18650電池在技術(shù)上已具有大規(guī)模量產(chǎn)的可能，其他封裝形式的高鎳電池還有待進(jìn)一步研究。”墨柯向界面新聞?dòng)浾叻Q，國(guó)內(nèi)18650圓柱電池的生產(chǎn)工藝更加成熟穩(wěn)定，為NCM811材料的應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。

18650是一種標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池型號(hào)，即直徑為18mm，長(zhǎng)度為65mm的圓柱電池。

圓柱形、軟包和方形是動(dòng)力電池不同封裝形式。目前，圓柱形動(dòng)力電池生產(chǎn)工藝最為成熟，電池組裝成本較低，良品率和一致性較高，但單體比能量略遜于另外兩種電池。

軟包動(dòng)力電池安全性能高，循環(huán)性能好，但一致性較差，成本較高。方形電池在安全性優(yōu)于圓柱形電池，相對(duì)能量密度高，但生產(chǎn)工藝難以統(tǒng)一。

規(guī)模的擴(kuò)大和技術(shù)的進(jìn)步是降低電池成本，提高競(jìng)爭(zhēng)力的主要途徑。近年來，國(guó)內(nèi)電池企業(yè)持續(xù)增加研發(fā)投入，2018年上半年，寧德時(shí)代研發(fā)投入為7.18億元，約占營(yíng)業(yè)收入93.6億元的7.6%，研發(fā)人員占到員工數(shù)量的五分之一。同期，國(guó)軒高科的研發(fā)投入約為1.32億元，占營(yíng)收的5.1%。此外，宣布每年將投入銷售額的5%作為研發(fā)經(jīng)費(fèi)的還有力神電池和比克電池，后者在過去三年累積研發(fā)投入超過3億元。

正視差距

與中國(guó)電池企業(yè)相比，日韓企業(yè)在高鎳電池上已先行一步。

其中，日本松下可謂一路領(lǐng)先。從2008年開始向特斯拉配套供應(yīng)圓柱電池開始，松下不斷改進(jìn)正極材料，并先后推出了NCM18650電池和比能量高達(dá)340Wh/kg的NCA21700電池。

韓國(guó)企業(yè)也較早布局NCM811電池。其中，LG化學(xué)計(jì)劃在將推出第三代軟包動(dòng)力電池，單體電芯能量密度目標(biāo)為270-280wh/kg，比目前量產(chǎn)的能量密度高出50%。已方形電池為主要產(chǎn)品的三星SDI則在研發(fā)其第4代電池，單體能量密度可達(dá)270-280 Wh/kg，預(yù)計(jì)2021-2022年間實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，第5代電池將于2023年以后量產(chǎn)，電池單體能量密度將達(dá)到300Wh/kg。

高工產(chǎn)業(yè)研究院的數(shù)據(jù)顯示，上述三家韓國(guó)電池企業(yè)2017年的研發(fā)投入高達(dá)35億元、28億元和10億元。

然而，韓國(guó)企業(yè)的高鎳電池研發(fā)進(jìn)程并不如想象的順利。此前，LG化學(xué)、SK創(chuàng)新相繼宣布推遲其NCM811電池量產(chǎn)計(jì)劃。多位電池業(yè)內(nèi)人士猜測(cè)，推遲量產(chǎn)的主要原因在于NCM811軟包及方形電池的安全性還存在缺陷。

王芳表示，品質(zhì)控制是企業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)中勝出的關(guān)鍵，產(chǎn)品性能、安全、壽命和成本是否能夠與對(duì)手去競(jìng)爭(zhēng)，才是企業(yè)需要重點(diǎn)關(guān)注的。

“擁有高一致性、高安全性的電池才更有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。” 墨柯在采訪中提到，近年來，中國(guó)電池行業(yè)在技術(shù)和規(guī)模上發(fā)展迅速，電池技術(shù)與日韓企業(yè)的差距已不大，但中國(guó)電池企業(yè)在一致性上仍落后一大截，中國(guó)領(lǐng)先的電池企業(yè)，距離日韓企業(yè)有近兩到三年的差距。

一致性，是指電池包內(nèi)全部電芯全生命周期內(nèi)全部特性參數(shù)的一致性，單個(gè)電芯容量衰減、內(nèi)阻增長(zhǎng)以及老化速度的不一致，將直接影響電池包的壽命，甚至是電動(dòng)汽車的安全。

“日韓企業(yè)生產(chǎn)過程中的不良產(chǎn)品已達(dá)到萬(wàn)里挑一，中國(guó)企業(yè)還做不到。” 墨柯說。

安全命門

中科院院士歐陽(yáng)明高曾在公開演講中多次強(qiáng)調(diào)，“對(duì)于高比能量動(dòng)力電池來說，安全性是第一位。”

多位電池業(yè)內(nèi)人士在接受界面新聞?dòng)浾卟稍L時(shí)表示，近來頻繁發(fā)生的電動(dòng)汽車自燃，與目前市場(chǎng)上過度強(qiáng)調(diào)提高電池能量密度而忽視安全問題密切相關(guān)。

隨著6月12日新能源汽車補(bǔ)貼新政的正式實(shí)施，對(duì)動(dòng)力電池比能量的要求明顯提高，由去年的80Wh/kg提升至120Wh/kg。未來，該指標(biāo)還將進(jìn)一步提升。

中國(guó)汽車技術(shù)研究中心的數(shù)據(jù)顯示，2017年，中國(guó)動(dòng)力電池的平均比能量為115Wh/kg左右，這一數(shù)字在2018年已快速增長(zhǎng)至139Wh/kg。過半車型都能拿到1.1倍補(bǔ)貼。

按照2018年純電動(dòng)乘用車國(guó)家補(bǔ)貼表述和技術(shù)要求，電池比能量達(dá)到140Wh/kg的可獲得1.1倍的補(bǔ)貼，高于160Wh/kg的按1.2倍補(bǔ)貼。

猛獅科技研究院院長(zhǎng)鄧中一認(rèn)為，單純追求高能量密度是件高風(fēng)險(xiǎn)的事情，必然會(huì)犧牲動(dòng)力電池的安全性和循環(huán)壽命。“只有在保證安全，以及成本和壽命都可接受的情況下，高能量密度才有意義。”他指出。

“目前車企對(duì)高鎳811材料電池的需求非常旺盛，但出于安全考慮，暫時(shí)還不敢大量使用該種電池。”一位不愿具名的電池行業(yè)分析師告訴界面新聞?dòng)浾摺?/p>

他指出，企業(yè)為了達(dá)到政策對(duì)于能量密度的要求、拿到補(bǔ)貼，在快速壓低售價(jià)、有限的研發(fā)成本和時(shí)間投入的壓力下，往往會(huì)選擇在安全性上有所退讓。

但高鎳811材料并不是導(dǎo)致安全性下降的主導(dǎo)因素。李艷斌向界面新聞?dòng)浾弑硎?，電池的安全性并不是某一種材料決定的，而是由系統(tǒng)決定，這其中既包括隔膜、電解液、工藝和生產(chǎn)管控，也包括電池管理系統(tǒng)和PACK。

“提高電池能量密度，不只需要進(jìn)行材料改進(jìn)，不能把安全壓力過于集中在電池上，應(yīng)對(duì)全過程進(jìn)行改進(jìn)。”她說。