日前,某證券發布了《新能源汽車將迎全球放量,上游供需持續吃緊》的分析報告。在該報告中,該證券分析認為,三元短期地位不改,811技術全面普及仍需時日,未來或將成為動力電池的主流;2019年后,金屬鋰和鈷將持續吃緊,由于原材料的價格上漲,倒逼鋰電池將向811技術邁進。
三元短期地位不改,811技術全面普及仍需時日

常見鋰離子電池正極材料及性能參數
三元材料目前是動力電池最優之選。自鋰離子電池技術普及以來,學術界出現了各種各樣的電池體系,但是從實際應用來看,目前負極材料多選擇石墨,而正極材料主流為鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、三元、錳酸鋰等材料。動力電池要求材料具有較高的能量密度(對應高續航里程)和高安全性,而鈷酸鋰由于其本身熱穩定性最差(安全性差),不適用于動力電池領域(但憑借高壓實密度和能量密度目前是3C 領域主流),而錳酸鋰能量密度較低應用受限,磷酸鐵鋰作為較早研發的技術,優點是安全性極好、環保、循環壽命高,但缺點在于能量密度較低且已經接近達到天花板,而三元本身有著高能量密度上限的優勢,未來隨著技術繼續進步,安全性問題逐步改善,在其他電池技術未實現重大突破之前,三元目前仍然是動力電池領域最優之選。
高鎳三元短期普及仍有瓶頸,未來或成為動力電池主流。三元材料指是層狀鎳鈷錳酸復合材料(錳也可替換為鋁,松下NCA 技術),三元材料經過Ni-Co-Mn的協同作用(Ni 提升比容量,Co提升離子導電性和倍率性能,Mn穩定結構),結合了三種材料的優點:LiCoO2的良好循環性能,LiNiO2高比容量和LiMnO2的高安全性及低成本。
鈷主要起到提升導電性和倍率性能的作用,并在高電壓下提供部分容量,在三元材料體系中起到關鍵作用。按照鎳鈷錳的比例,三元可以分為111、523、622、811等,由于鎳主要作用提升能量密度,故高鎳三元材料(如622/811)的研發成為目前熱點。分廠商來看,目前國內普遍在研發三元622和811技術,還未大規模量產,從國外來看,僅松下等幾家技術最領先公司有高鎳三元量產技術(松下NCA給特斯拉供貨,NCA比例8:1.5:0.5)。從技術角度來看,隨著三元中鎳含量的提升,Ni+2/Li+1 離子混排加劇,材料的結構穩定性降低,導致循環壽命和安全性大幅降低。
該證券總結了國內高鎳三元難以短期大規模普及原因如下:

2016年中國動力電池出貨量分電池比例
從技術角度:高鎳三元隨著鎳比例提升,鎳鋰離子混排加劇,Ni+2混排在Li層,降低了放電比容量,阻礙了鋰離子的擴散;同時由于鎳在脫嵌鋰過程中相變導致明顯的體積變化,從而使材料結構穩定性變差,循環壽命下降;高鎳正極表面更容易形成碳酸鋰等雜質(鎳含量超過60%后明顯增多),從而與電解液發生副反應降低循環壽命,高溫嚴重會導致脹氣;隨著鎳增加,正極材料熱穩定性降低,且放熱增加,材料熱穩定性變差;不同材料體系需要匹配不同電解液配方,而高鎳三元由于表面雜質增多,其需要更為優化的電解液配方,而從國內技術來看電解液匹配問題也是一大難題。從應用角度:高鎳三元材料由于其固有屬性如結構不穩定,熱穩定性和循環壽命都較差,從目前國內廠家研發進度來看,目前還沒有完全解決高鎳材料實際應用時的安全性問題;由于高鎳三元材料在電池組裝時不能接觸空氣,需要純氧氛圍,而由于國內電池企業都是從三元NCM111開始起步,NCM111組裝并不需要純氧氛圍,所以國內電池廠幾乎沒有氧燒工藝,而為了量產NCM811就必須重新設計廠房和設備,而裝備制造工藝的落后也是制約NCM811量產的一大難題。


