钜大LARGE | 点击量：917次 | 2021年11月10日
低钴高镍三元时代：真正考验的不仅是电池技术
从正极材料角度来看，国内乘用车市场已经开始从磷酸铁锂向三元锂转换，部分厂家已经开始量产高镍三元材料；正极材料的可能性非常多，细微的改变和技术的突破，都可能对电芯整体效能出现影响，如富锂三元，也是未来有可能被市场化的材料之一。
从负极材料来看，从石墨负极，到硅系负极，再到金属锂负极，不同的材料将逐步提升电芯的具体性能，目前国内已经有多家电池厂家已经开始硅系负极的研发和量产。
高镍三元是现阶段首选
日前，国家发改委公布有关就《汽车产业投资管理规定（征求意见稿）》公开征求意见的通告。其中对新建动力锂离子电池公司投资项目产品重要技术的要求，可称为最严动力锂离子电池标准。文件表明：
针对这一要求，我国化学与物理电池行业协会秘书长刘彦龙介绍，目前，我国较好的动力锂离子电池，单体比能量基本可以达到250瓦时/千克，系统比能量能够达到160瓦时/千克，以此为前提，《意见稿》设置的目标明显偏高，公司很难达到这一要求。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
即便如此，《意见稿》中所提技术指标，相比“2020年系统能量密度要做到260Wh/kg”的目标，依然相差甚远。
据了解，常规三元NCM523能量密度最高为200Wh/Kg，而NCM622和NCM811却可以达到230Wh/Kg和280Wh/Kg以上。假如要依靠三元电池实现2020年260wh/kg的目标，根据先阶段的技术手段，只有NCM811/NCA才能够胜任。
行业数据显示，2018年一季度，国内三元材料产量31670吨，同比上升64．26％。其中常规NCM型号占比78％，NCM622型号占比14％，NCM811／NCA占比8％。其中NCM811产量大幅激增。
国内高镍三元现状
国内目前正在积极推进NCM811技术。
据悉，当升科技NCM811产品目前年产量为4000吨，三期工程计划1．8万吨／年高镍多元材料产量，将于2018年至2020年间陆续建成投产；国轩高科表示已经开发出三元811材料软包电芯，能量密度能够达到302wh／kg；杉杉能源2017年底宣布月产100吨的宁乡基地NCM811产线顺利投产；亿纬锂能表示，自从2012年起就已开始推广非车用NCM811；天津巴莫2017年年产5000吨高镍材料产线投产，目前已经实现向国际大客户批量供应NCM811。
“从锂离子电池的技术来讲，在镍钴锰的比例为8:1:1时，电池能量密度达到300瓦时/公斤已经可以清晰地看到‘天花板’，可能未来10年都无法突破。”宁波杉杉股份有限公司副总裁孙晓东在锂产业与动力锂离子电池国际高峰论坛上如是说。
而另一种高镍三元材料，NCA材料，由于国内起步比较晚，技术水平较国外公司有很大的差距，NCA目前产量重要集中在日本和韩国。NCA重要的供应商有日本的住友金属（Sumitomo）、日本化学产业株式会社和户田化学（Toda），韩国的Ecopro和GSEM也有少量产品销售。
NCA电池在我国还未能大量生产，重要的难点在于：
一、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，使得电池生产公司和终端产品用户对NCA电池的安全性心存顾虑，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。
二、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。
三、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。这对国内公司形成了很大的挑战。
而日前，天津力神电池股份有限公司有也宣布，研发出了一种NCA三元高比能量动力锂离子电池，能量密度超过300wh／kg。
事实上，早在2017年十一月，力神董事长秦兴才公布的“力神电池化学体系路线规划”中，就包涵了NCM811/NCA体系、NCM532/622体系、磷酸铁锂体系、固态电池、钠离子电池和燃料动力锂电池。
特斯拉的平衡术
特斯拉是全球NCA电池最大的拥护者。
松下与特斯拉联合推出21700的NCA电池，单体的能量密度接近300Wh/kg左右，比原来18650电池的250Wh/kg提高约10%以上，几乎是当时世界上能量密度最高的量产锂离子电池了。
但是，没有一种技术是完美的，既可以满足高能量密度要求，又能保证电池的循环寿命。特斯拉在降低钴含量、提高比能的同时，牺牲了电池的循环寿命。
然而，特斯拉通过整车设计，巧妙避开了这一缺陷，保证了天秤的平衡——将18650电芯改为21700电芯，可大大缩小辅助材料所占车身空间，从而提升整车电池包的电容量，继而提高续航里程，在行驶相同里程的前提下，特斯拉充放电次数小于其他品牌车辆。
而今，Model3使用的21700电芯将正极材料中所需钴的含量降低到10%以下，低于其他电池产商生产的下一代NCM811电池中钴含量（即钴含量在10%）。这种突破使得特斯拉对钴的需求量减少了59%。在2012年，特斯拉在每辆车消耗11kg的钴，到2018年，每辆车上消耗4.5kg的钴。
更为激进的是，最新消息称，松下汽车电池部门的负责人田村坚表示：“我们已经大大降低了钴在电池中的含量，钴在三元电池中的比例已经降到3％，现在我们的目标是实现无钴化，这项技术已经在研发当中。”
目前还无法得知刚上市的Model3电芯正极材料中镍钴铝的具体比例，但大幅降低钴含量势必会对电芯性能的平衡出现影响，特斯拉是如何在繁复整车工艺中的同步实现“激进”与“稳定”的？期待Model3的用户体验反馈。
反过来看，NCA材料在国内得不到推广，其原因除制成成本偏高、安全性难以保证外，业内人士分析认为，需求侧需求不足也是重要原因之一：采用NCA三元电芯的乘用车企重要是特斯拉，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。因此，尽管我国互联网造车的诸多新势力，几乎每一家都号称要做我国的特斯拉，但却没有一家要学习特斯拉采用NCA电芯。
