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自燃事故频发下 为什么三元锂电池市场依然火热?

2019-10-18 09:02:37 北极星储能网

导语:凉秋九月,叶落草衰,气候渐冷。自补贴滑坡后,经过前两月的过渡,我国动力电池市场开始回暖,产销量开始上涨。根据中国汽车工业协会统计,1-9月,我国动力电池产量累计63.5GWh,同比累计增长37.9%。其中三元电池产量累计41.0GWh,同比累计增长64.7%;磷酸铁锂电池产量累计20.2GWh,同比累计下降1.0%。

根据数据得知,三元电池依然是我国新能源汽车热捧的对象,在多重新能源车自燃事故的频发下,为什么三元电池市场依然火热?它的独特之处和未来的发展路线又在哪里呢?

三元电池的材料路线

中国作为全球最大的新能源汽车市场,下半场主要会在乘用车方向,而乘用车使用的动力电池主要还是以三元电池为主。相对于磷酸铁锂电池它的能量密度更高,但是寿命、耐高温性和成本都不如磷酸铁锂。

它们的主要区别就是正极材料的不同。磷酸铁锂锂电池的正极材料是磷酸铁锂,三元锂电池的正极材料主要是NCA和NCM。

无论NCM还是NCA,都是指电池正极材料,NCM是指正极材料由镍钴锰三种材料由一定比例组合而成,而NCA的正极材料是由镍钴铝构成,每个字母对应的都是相关元素的化学首字母。可以看到,两种三元材料的前两者是一样的,都是镍和钴,只有最后一个不同,前者为锰,后者为铝。

随着镍元素含量的升高,三元正极材料的比容量逐渐升高,电芯的能量密度也会随之提高。因此,在NCM电池中,按照三者含量不同,NCM材料可分为NCM111、NCM523、NCM622、NCM811等,其中后面的数字代表的就是三者的比例。

而NCA中镍钴铝常见的配比为8:1.5:0.5,铝的含量非常少,因此可以理解它接近二元材料,以Al(过渡金属)代替锰,是将镍钴锰酸锂通过离子掺杂和表面包覆进行改性,离子掺杂可以增强材料的稳定性,提高材料的循环性能。但是在制作过程中,由于Al为两性金属,不易沉淀,因此NCA材料制作工艺上也存在门槛。

NCA和NCM的较量

在新能源汽车续航里程提高和钴价不断高涨的双重刺激之下,高镍体系的NCM811和NCA材料已经成为市场竞逐的热点。

目前,从国内动力电池制造厂家的选择来看,选择NCM811路线者较多,而选择NCA路线的少。主要原因首先在于,高镍材料荷电状态下的热稳定性较差,导致电池的安全性下降,使得电池生产企业和终端产品用户对NCA电池的安全性心存顾虑,需要从电芯设计、电源系统设计、电源使用等环节进行系统可靠的安全设计。

其次是充放电过程存在严重的产气,这会导致电池鼓胀变形,循环及搁置寿命下降,电池存在安全隐患,所以通常采用耐压的圆柱电池壳制作NCA电池,降低了产气量以控制电池鼓胀变形问题。

此外,NCA要求在电池生产全过程均要控制湿度在10%以下,而其他材料目前只需注液工序对湿度进行严格控制,这对国内企业形成了很大的挑战。

所以NCA811和NCM811中显然前者性能更优秀,那到底该走NCA路线,还是走NCM路线?

其实选择不难,镍钴铝电池对制作工艺要求高、成本高且技术掌握在日韩手中,另一方面合成困难、合成成本高、吸水性强,且容易在较高温度的情况下导致热失控,导致电池的安全性下降。

镍钴锰电池的续航表现不如镍钴铝电池,但好处是含锰三元体系热稳定性更佳更为安全,所以目前国内主要研发镍钴锰电池。

说道这一定会有人问道,难道NCA就要消失了吗?三元电池在中国只能走CNM路线吗?就不能有一些突破吗?别着急,下面我们就来看看三元电池在中国的未来在哪里。

中国三元电池的蓝海

三元材料是一种综合性能优越的材料,只有以性能为导向的市场才能真正发挥其作为新型正极材料的优势。

从供应侧来看,电动汽车的三元电池动力路线尚未完全定型,还在不断演进当中。此外,虽然中国在基于技术、成本和补贴的因素主要选择了NCM路线,但这并不意味着NCA路线在没有新的机会。

从需求侧来看,随着越来越多的不同技术背景、不同行业人才步入造车行业,主机厂对动力电池的需求各不相同,且对NCA电池的驾驭能力不同,未来NCA会成为市场上一个新的选择。

从全球来看,采用NCA三元电芯的乘用车企主要为特斯拉,特斯拉不但较好地通过电池系统管理技术解决了由于能量密度提升带来的热失控问题,而且通过汽车设计成功地规避了NCA电池的循环寿命短的问题。

之前有业内人士表示,相比NCM811,NCA更容易实现300wh/kg的攻关目标。

在2018年,天津力神在氧化镍钴铝锂(NCA)正极材料前期研究基础上,已经开发高比能量、长循环寿命、良好安全性能的锂离子动力电池用高镍系正极材料。基于该体系,天津力神研发的NCA高比能量电池能量密度达到302wh/kg。

这一工作为开发出比能量300Wh/kg、循环寿命1500次的锂离子电池单体奠定了基础。未来中国企业也有希望造出更成熟的NCA电池,且主机厂的需求也确实存在,这将会是中国三元电池市场的一片新蓝海。

三元材料的产能布局

在消费端改善支撑下叠加原材料价格上涨,三元正极材料价格出现显著回升,行业呈现回暖态势。有数据显示,最新三元正极523、622材料分别收报13.9万元/吨、15.6万元/吨,九月近一个月累计涨幅已达到20%。

大环境利好,材料企业也加快了施展拳脚的节奏。近日,华金新能源材料(衢州)有限公司(以下简称“金华公司”)年产四万吨高镍型动力电池用三元前驱体项目启动先行线单机试车。该项目是华友钴业与LG化学合作的第一个项目。按照协议,华金公司的一期生产规模为4万吨/年前驱体,其后双方还将规模扩大到10万吨。

北京当升科技:现有正极材料年总产能1.6万吨,已启动了江苏当升三期工程和江苏常州锂电新材料产业基地两大生产基地的建设,其中江苏当升三期工程将年新增产能1.8万吨。江苏常州锂电新材料产业基地远期规划年产能10万吨,首期规划建成年产能5万吨,预计到2023年之前陆续建成投产。新增产能将主要以高镍三元材料为主,按照NCM811/NCA进行设计,可以生产NCM811/NCA、NCM622、NCM523等全型号动力三元材料。

容百科技:今年在科创板实现上市。“容百科技”主要生产NCM523、NCM622、NCM811、NCA等系列三元正极材料及其前驱体。三元材料用于动力电池正极制备,与传统材料相比,可以提高单位质量电容量。经过5年发展,容百科技年产三元材料已超过1.4万吨。

格林美:发布公告称,公司与厦门厦钨新能源材料有限公司签署3.3万吨三元前驱体材料战略采购协议。此外格林美还与湖南邦普循环科技有限公司、广东邦普循环科技有限公司、佛山三水邦普资源循环有限公司签署4.5万吨三元前驱体材料战略合作框架协议。而在早前,格林美曾与容百科技签署《三元正极材料前驱体购销战略合作框架协议》,规模为2.9万吨。

湖南长远锂科:公司三元正极材料主要以NCM523为主,其次为NCM622,目前公司正在加大NCA和NCM811的开发力度。

截至2018年底,长远锂科共拥有三元正极材料产能15000吨,全部位于麓谷基地,同时公司在铜官基地扩建新的2万吨NCM/NCA产能,2019年将达到30000吨/年前驱体、45000吨/年的正极材料产能,预计2022年将达到115000吨/年的正极材料总产能。

贵州振华新材料股份有限公司:是中国电子信息产业集团有限公司(CEC)旗下唯一一家专业从事锂离子电池材料研发、生产及销售的企业。公司主要产品为钴酸锂、复合三元、动力三元及高锰多晶系列材料,其中单晶523、单晶622是振华的拳头产品。

2019年主要配合孚能科技进行Ni55的523在软包电池上的应用。截至2018年底,公司实现三元正极材料总产能3万吨。

湖南杉杉能源科技股份有限公司:实际控制人是宁波杉杉股份有限公司。公司主营业务为研发、生产与销售锂电池正极材料,目前的主要产品为锂电池正极材料钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰三元材料。公司三元材料以NCM523为主,少量NCM111,目前正在加强对NCM622和NCM811的开发和产能布局,其NCM811已于2018年一季度投产。公司目前NCM主要型号为T31D、T31A、T11A等。

公司现有正极材料产能5万吨,其中三元材料NCM523/333产能1万吨,NCM622产能1万吨,高镍三元材料NCM811产能7200吨,锰酸锂0.1万吨。

厦门厦钨新能源材料有限公司:是世界钨行业领军企业——厦门钨业股份有限公司的全资控股子公司。公司在动力电池材料的研发和产业化方面处于领先地位,是国内出口动力电池三元材料的主要企业之一。

三元正极材料产品包括NCM111、NCM523、NCM622、NCM811等多个系列,截至2018年底,公司三元材料总产能达19000吨。2019年底正极材料将形成5万吨产能,2020年达7万吨。2018年厦门钨业三元材料和钴酸锂产销两旺。

桑顿新能源科技有限公司:是中国环保领军企业桑德集团投资兴建的中南地区规模最大、产业链最齐全的现代化、高科技新能源产业基地。业务覆盖锂电池正极材料、前躯体、电芯生产等多领域。

2018年公司正极材料产品主要有三元和锰酸锂两大品类,其中三元正极材料主要为NCM523、NCM622和NCM811系列系列。截至2018年底,桑顿新能源共拥有正极材料产能3万吨。

天津巴莫科技股份有限公司:是一家主要从事锂离子电池材料研制、开发和规模化生产的国家级高新技术企业。截至2018年底,公司共拥有三元正极材料产能7000吨。

江门市科恒实业股份有限公司:于2012年登陆创业板,主要产品包括锂离子电池正极材料、稀土发光材料,于2013年推出首款锂离子电池正极材料产品LCO-1。

科恒股份锂电产品主要是锂电正极材料,包括三元材料和钴酸锂,钴酸锂主要应用于消费类电子锂电池。截至2018年底,科恒股份共拥有三元正极材料产能10800吨。

新乡市天力锂能公司:是一家专业从事锂电三元正极材料研发、生产和销售的国家级高新技术企业,也是业内同时拥有前驱体和成品三元材料少数供应商之一。

新乡天力三元正极材料产品目前以523和622为主,111相对较少,高镍811产品已经量产。截至2018年底,新乡天力三元正极材料产能20000吨/年。

国轩高科:622三元电芯产品单体能量密度超210Wh/kg;公司4GWh三元产线已投产,并于2018年第四季度实现批量供货;高镍三元811软包电池单体能量密度突破302Wh/kg,循环次数已超过1500周,基本达到产业化标准要求;首条1GWh软包示范线将于2018年年底建成。三元电池产能6GWh。

据了解,除了当升科技等之外,杉杉能源、四川科能、江苏翔鹰、中化河北、湖南邦普、宜宾锂宝等企业也都在加快三元材料布局步伐。并且,包括当升科技、杉杉能源、容百科技等企业已先后量产高镍三元正极材料,高镍NCM811/NCA材料在动力电池市场的应用逐渐起量。据预测,2020年高镍三元材料市场规模有望达到210亿元。




责任编辑: 李颖

标签: 自燃事故 三元锂电池 动力电池

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