中日韩争霸!新一代高镍电池技术鹿死谁手?(2)
1、正极材料
在正极材料方面,目前高镍三元材料的成熟制备技术和批量生产能力主要掌握在日本住友、户田工业和韩国的ECOPRO手中,高镍三元材料还大量依赖进口。
据CBC有色网的统计,2017年全年我国共进口三元材料9142吨,同比大幅增加288.5%。
2、负极材料
在负极材料上,国内动力电池产业对碳硅负极的生产应用也处于相对滞后的局面。据起点研究院的数据,2017年中国锂电池硅碳负极材料产量达到1500吨,虽然增长速度达到了130%,但在全年锂电负极材料总产量中仅占比1%。
而日本方面,松下在2012年发布的NCR18650C型号电池中就应用了碳硅负极,而后的特斯拉动力电池中均有碳硅负极的存在。这意味着从2012年开始,日本的碳硅负极材料就开始了大规模的产业化应用。
3、电解液
在电解液方面,NMC811动力电池中化学活性更高的镍含量更高,更容易与电解液发生反应,一来会造成正极材料表面氧化,二来造成电解液分解、产气,影响电池的能量、安全性能。此时,便需要研发与NCM811材料配套的、化学性质更稳定的电解液。
同样,我国的电解液产业起步也晚于日韩。虽然在2017年拿到了70%的全球电解液市场份额,但在与高镍三元材料配套的新一代电解液上,中国企业的进度较日韩特别是日本更慢。目前,代表最高实力的特斯拉NCA动力电池中的电解液,来自有20年生产经验的日本三菱化学。国内厂商普遍还处于技术攻关的阶段。目前,公开宣称与NCM811正极材料配套电解液量产的,仅有国内电解液巨头新宙邦。
4、电池隔膜
在技术含量最高的隔膜上,动力电池的高镍化、高能量密度化,需要隔膜技术进行两大改进——一是生产方法从干法向湿法转变,从而获得更好的充电倍率和能量密度性能;二是薄膜材质从PP/PE向陶瓷材料演进,从而获得更好的安全性能和能量密度性能。
2015年的数据中,世界前三大锂离子电池隔膜生产商分别为日本旭化成、东燃化学、韩国SKI,前六家海外企业总市占率达到72%。2016年中国市场锂电池隔膜总需求达到20亿平方米,占全球市场近60%,但国产隔膜的产量仅12亿平方米左右,隔膜进口率达到了40%。国内隔膜厂商虽然近两年的市场占有率不断上升,但仍处于低端的干法隔膜产能过剩,高端湿法隔膜产能不足的尴尬局面。
在产业中游,动力电池生产商这边,国内对动力电池封装路线的选择,也对量产NCM811动力电池带来了考验。
松下采用的是封装路线为圆柱形锂电池,其外壳硬度较大、单枚电芯体积小,这带来的优势是,高硬度外壳可以更好抑制碳硅负极体积膨胀问题以及电池内产气的问题。同时,单枚体积较小的圆柱形电池的热失控问题也更好管理,不易蔓延。动力电池走向高镍三元方向后,安全问题变得最为尖锐,而圆柱形锂电池的形态较好地缓解了这一问题。
而以宁德时代、比亚迪为龙头的国内动力电池生产厂商,选择的大多是方形硬壳封装路线,在保障安全性的优势上不如圆柱形电池明显,方形硬壳NCM811动力电池在全球也还没有大规模应用的案例,无经验可循另外,国内动力电池厂商的电芯一致性,也与日韩企业尚有差距。
而在产业下游,车企对动力电池进行配套应用的能力,也是一道阻碍NCM811普及的难关。依然从松下的动力电池举例,松下与特斯拉其实是相互成就的关系。
松下虽然为特斯拉提供了单体能量密度达到300Wh/kg的21700NCA电芯,但事实上,松下并未彻底解决高镍和碳硅负极带来的负面影响,其电芯的循环寿命并未达到目前主流三元材料电池2000次+的水准。
然而,特斯拉通过将电池系统容量提升到100KWh的方式,降低单枚电芯的单次放电深度,从而变相延长了动力电池的使用寿命。同时,特斯拉的电池液冷系统、能够管理7000枚电芯的BMS,也在为电池正常工作保驾护航。
而国内车企与动力电池厂商进行深度合作,打造一个深度定制的电池管理系统从而对电池工作情况进行深入优化的能力,还有待验证。
此外,国内动力电池行业里还存在生产设备依赖进口、原有产线无法复用过渡到NCM811生产等问题需要解决。
▍国外巨头虎视眈眈国内企业迅速追赶
从目前的行业态势来看,面向下一代的高镍三元动力电池,日本由于有松下-特斯拉这一激进的跨国组合,以及其背后强大完善的产业链支持,目前在技术与应用上均处于领先态势。
而韩国企业虽然在技术专利、历史经验相较于国内企业仍有一定优势,但从LG与SKI皆推迟NCM811电池生产计划的局面来看,国内企业有希望在近期快速拉近和韩国企业的差距。
但现实情况是,在2020年新能源车补贴将全面退出,政策进一步放开后,如果国内动力电池厂商无法提供在性能和价格上与日韩企业至少平齐的产品,那么整车厂将会用脚投票,转向采购外资电池。
事实上,无论是国外的电池巨头还是国内的车厂,都已经在为这一可能的局面未雨绸缪。
今年7月17日,LG化学与南京江宁滨江开发区政府正式签约,LG化学将在滨江开发区投资20亿美元建设总产能达到32GWh的动力电池工厂。在此之前,吉利则是接手了LG化学之前的南京电池工厂,以LG化学的电池技术,为沃尔沃和领克的新能源车生产、供应电池。
松下在大连的动力电池工厂,今年3月正式量产,在尚不能打开国内市场的情况下,计划向先通用配套方形动力电池。
而位于西安的三星环新,则仍在“潜伏”中。
强敌在侧,也就不难理解国内动力电池企业为何纷纷要朝NCM811跃进。
稍显安慰的信息是,虽然在技术上相对滞后,但国内企业仍然有一些独特的优势。依托政策红利以及中国新能源车市场规模的红利,国内动力电池产业可以在NCM811方向快速上量,形成规模。国内动力电池企业们的2019年推出NCM811或者高镍三元材料电池的目标也并非空中楼阁——国内动力电池整个产业链都在朝高镍三元体系转向。
在上游,正极材料方向。行业数据显示,2018年一季度,国内三元材料产量31670吨,同比增长64.26%。其中NCM811/NCA占比8%,NCM811产量大幅激增。正极材料主要的国内企业中,宁波容百在2018年规划了数万吨产能的高镍产线,同时其表示有500吨的NCM811材料月销量;杉杉能源今年末将有1万吨高镍产线投入试生产;巴莫有5000吨高镍产线已经投入生产;当升科技也宣称实现了NCM811量产,目前提供给下游客户测试;厦门钨业、天力锂能,也均有万吨级的高镍材料规划产能。
负极材料领域,贝特瑞的碳硅负极,则打入了特斯拉的供应链,为松下的动力电池电芯配套部分负极材料。杉杉股份、紫宸等具备了小量试产能力,国轩高科、比亚迪等则在研发、建设产能过程中。
电解液方面,除了新宙邦已经推出了配套NCM811的电解液,另外两大电解液巨头天赐材料与江苏国泰,也在加紧配套电解液的研发。
而在隔膜方向,2017年国内湿法隔膜的产能占比已经达到了56%,而以中锂新材、星源材质、上海恩捷为代表的国内隔膜行业头部企业,均有2亿平米以上的湿法隔膜新规划产能。
在国内,圆柱形电池应用NCM811材料的条件已经相对成熟,多名行业人士均表示,NCM811或高镍三元材料,明年有望先行在圆柱行电池上爆发。
结语:下一代动力电池生死时速竞赛
眼下,随着新能源乘用车产量的进一步增长,车辆续航里程与人们期望里程之间的矛盾正在扩大。
高镍三元材料体系几乎成为全球主要动力电池企业钦定的“救命道路”。
而技术层面,眼下存在日本-韩国-中国的层级。但中国企业正在依托市场优势,尝试快速拉近这一差距。其中既有学习松下路线的圆柱形锂电池已经部分投入使用,又有国内更主流的方壳电池或在明年取得突破。
不过,正如文章所说,相较于排头兵松下,国内企业在高镍三元体系动力电池的技术和应用上落后了至少2-3年。而现在,距离新能源补贴退出的时间已经只有两年。
对于国产动力电池产业来说,这是一场生死时速。
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