高镍三元电池Vs磷酸铁锂电池系列二高

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三元材料曾经经历了两大发展阶段,第一阶段为常规三元材料,比容量的提高主要通过镍含量的增加,完成了由到和的转化,比容量由mAh/g提升到了mAh/g;第二阶段为高电压三元材料,充电截止电压由4.2V提升至4.5V,比容量达到了mAh/g以上。现在三元5系+高电压在短期内仍可满足中高端车型的续航需求,但随着高镍三元技术的成熟带来的安全性能改善,预计三元高镍会逐渐占领中高端市场。据悉到年新能源汽车行业电池用镍量将达到32.3万吨,较年年均增速为52%;到年用镍量将达到84.5万吨,较年年均增速为36%。

目前,主要的三元材料生产企业一直是集中在日韩。产销量最大的是比利时优美科,此外日本日亚化学、日本户田工业、日本住友金属矿山和韩国LF也是国际上主要的NCM材料生产厂家,而德国巴斯夫则是近年来新加入的NCM巨头。值得一提的是,国际上四大生产电芯的厂家(索尼、松下、三星SDI和LG化学)在三元材料上都有相当比例的内部产能。国内的三元材料生产企业有老牌的巴莫,当升,长远锂科,也有近年来凭借高镍三元材料迅速崛起的容百科技,但是相比于锂电池的负极,隔膜和电解液的市占率来说,正极材料还相对较低。

NCA材料具有与三元材料类似的层状结构与特性,是LiNiO2、LiCoO2、LiAlO2三者的固溶体材料,由于LiAlO2热稳定好与质量轻的特点,其具有比普通三元材料更优秀的安全性能与更高的能量密度,住友金属矿山公司锂离子电池正极材料主要是NCA,是全球NCA产业规模最大的公司,独家供应给松下,最终使用于特斯拉电动汽车(NCA系型电池)。

NCMA材料是采用镍、钴、锰、铝四种金属材料的四元电池,该概念最早于年由韩国汉阳大学及韩国本土动力电池企业共同提出。NCMA材料是基于两大主流三元高镍材料NCM与NCA混合而成,通过在NCM三元材料中掺杂AI粒子得到的,NCMA材料的镍含量高达90%,钴含量可降低到5%以下,在提升镍含量提高比容量的同时兼顾了降本和材料稳定性。

少钴电池包含高镍三元NCM,NCM90,以及四元电池NCMA。然而,随着新能源汽车补贴逐步退出,再加上全球钴储量相对较小且价格较高,研发NM无钴正极具有重大意义。JeffDahn团队是无钴材料的研发先驱,其通过将三元体系中的钴替换成Al,Mg等元素证明了去钴化的可行性。其开发的Al、Mg替代的无钴材料表现出相比NCA类似稳定的电化学性能。据研究,用Al和Mg替代Co元素同样能够获得非常低的Li/Ni混排率,掺杂Mg和Al还能抑制高镍材料的H2-H3相变,从而改善循环寿命,最后掺杂Mg和Al、Mn的无钴高镍材料可以抑制正极和电解液的副反应,安全性也好于高镍含钴材料。国内蜂巢能源一直致力于少钴和无钴化材料,其无钴电池将于年实现量产,将正极材料中的钴含量减到零,彻底去除钴。

l宁德时代

作为全球动力电池装机市场份额第一的龙头企业,宁德时代对中国整个锂电产业链的发展具有拉动作。据高工锂电统计,宁德时代当前已规划8大自建生产基地合计电池产能(含PACK)约GWh,若加上与车企合资公司的产能将达-GWh,其中三元电池依然占据主要份额,进而带动国内三元材料出货量增长。年报显示宁德时代年实现动力电池系统销量44.45GWh,其中NCM电池的出货量至少达8.89GWh。

目前,三元正极材料从NCM和NCM逐渐升级到NCM和NCA,NCM动力电池相较NCM能量密度可提升25%。随着三元电池中镍比例的不断升高,到年新能源汽车行业电池用镍量将达到32.3万吨,较年年均增速为52%,到年用镍量将达到84.5万吨,较年年均增速为36%。包括容百科技、杉杉能源、长远锂科、巴莫科技、振华新材、厦钨新能等都是宁德时代的三元材料供货商。

早在年2月,广汽新能源AionS开启预售前,该公司就宣布采用宁德时代的电池。此后,宁德时代已经成为高镍电池的供应主力,吉利、小鹏汽车、威马汽车等都成为了电池的拥趸。随着年内上市放量以及更多主机厂推出高镍车型,宁德时代年高镍电池的出货量和出货占比有望进一步提升。

lLG化学

韩国LG化学成立于年,70余年间不断发展,成为名副其实的韩国最具代表性的化学企业。外媒报道称,LG化学将于.7月开始向特斯拉供应镍钴锰铝(NCMA)四元电池。该电池含镍量高达90%,钴含量大幅下降,主要应用在特斯拉上海工厂生产的ModelY车型上。年12月,L&F与LG新能源签订了1.45万亿韩元的供货协议,并借此成为全球首家大规模量产NCMA型四元材料的正极企业。为保证供应,L&F计划斥资2亿韩元在大邱市建立新工厂以扩建其正极产能,并到年将正极材料产能扩建至吨/年,给三星SDI和LG等提供正极材料。据悉,LG新能源最初计划使用LF生产的NCMA正极材料,但由于LG化学成功开发了镍含量与LF产品相同的NCMA正极材料,因此将四元材料供应商切换为LG化学。同时,LG化学与CosmoAMT合作较多,NCMA材料镍含量达到92%,正极比容量mAh/g。今年8月,LG化学宣布,其联手通用汽车研发的NCMA电池研发量产计划有望提前至明年。同月,SKI宣布成功商业化全球首个镍含量为90%的NCM9电池,同时有韩媒称,SKI正在致力于在年底前开发新型NCM电池,镍含量88%。

l三星SDI

韩国三星SDI(SAMSUNGSDICO.,LTD.)0年开始进军动力电池领域。年,三星SDI收购MagnaSteyr从事电池业务的子公司MSBS,从此三星SDI构建立起从电池单元、模块到电池组完整的电动汽车电池业务体系。外媒报道称,三星SDI已经开始生产镍含量达91%的NCA圆柱电池,将应用在电动汽车领域。该电池的正极材料是由三星SDI与韩国正极材料企业EcoProBM共同研发,双方还签署协议成立一家合资公司在浦项市生产NCA材料,年产能达3.1万吨,主要供应三星SDI。值得注意的是,三星SDI还在研发另外两种电池技术;一种是新的NMx电池技术,类似于蜂巢能源的无钴NMx电池;另一种干电极工艺,与特斯拉目前在加州研发的电池所用到的技术类似。

l松下

“无钴”电池是特斯拉一直在追求的动力电池终极方案之一,而“无钴”的达成,需要大规模镍资源。在今年的电池日上,特斯拉宣布将向“镍”车型转变,认为最大限度地利用镍可使价格降低50%,在能源密集车型(Cybertruck/Semi)中,特斯拉将使用%的镍。

作为特斯拉最大的供货商,松下已经向特斯拉大规模供应钴含量低于5%的高镍NCA电池,并表示将在未来五年内向特斯拉提供的圆柱电池的能量密度提高20%,并计划在年至年之间交付无钴电池。此外,松下也在为特斯拉研发能量密度更高、钴含量更低的电池。




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