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高镍811之辩:中国动力电池产业关键“赛点”
811 文章来源自:李安定 朱世耘
2020-09-10 10:13:36 阅读:13928
摘要“这是动力电池争取主导权和话语权的必选之路。如果放弃了811,那就是放弃了高端市场。”

【文李安定/朱世耘】是走简单的路,还是困难的路?中国电动汽车和动力电池产业正再次面临选择。

去年还是“香饽饽”的NCM811高镍三元电池,在今年以来的多次电动汽车自燃事件中成为争议的焦点。直至近日,一则宁德时代将放弃811路线的市场传闻,被舆论认为是导致9月7日宁德时代股价重挫的直接原因。

随即,宁德时代官方辟谣表示,绝不会放弃811,“这是动力电池争取主导权和话语权的必选之路。如果放弃了811,那就是放弃了高端市场。”

为何不应轻言放弃811

什么是高端电动汽车?特斯拉就是一个很好的例子。

近日,美国汽车研究公司iSeeCars的一份报告显示,美国乘用二手车市场三年平均折旧率为39.1%。其中,油电混动和插混车型为40.9%,纯电动车型则高达52%。

但并非豪华“出身”的特斯拉却是其中的特例,Model 3 、Model X与Model S三款车,折旧率分别为10.2%,33.9%与36.3%。不但跑赢豪华品牌的纯电产品和行业平均水平,且Model 3近90%的三年保值率甚至大幅高于许多豪华品牌的燃油车型。

SeeCars认为,特斯拉车型残值较高的重要因素之一在于其通过软件升级,“常用常新”。

高级别的的智能化与网联化正成为纯电汽车产品的高端化标签,而且也是汽车四化变革的“终局”目标,但前提是要解决“电”的问题。

依赖众多电气元件实现智能化和网联化的智能汽车同时也是能耗“黑洞”。博格华纳2017年的研究显示,部分完全自动驾驶原型车对能源的消耗量达到2-4千瓦时。相比之下,目前特斯拉Model 3车主的百公里真实电耗大多在15千瓦时左右。

显然,要驱动众多智能设备所需的能耗,并不比驱动一台1.6吨的钢铁机器行进轻松多少。高能量密度电池成为纯电动汽车未来实现智能化和网联化竞赛中的关键赛点。

在Model 3上,特斯拉采用了新型21700电池,其材料采用高镍低钴的配比,成本大幅下降的同时,能量密度和耐热性大幅提升,单体能量密度更是高达300Wh/kg。

相比之下,LG 化学、松下电机等电池企业装机的最高系统能量密度为150——180Wh/kg;比亚迪刀片电池在汉EV上的表现为140Wh/kg;宁德时代在2019年拿出了量产装机NCM811 /石墨体系,电芯能量密度为270Wh/kg,系统能量密度达180 Wh/kg。以及单体能量密度高达304Wh/kg的第二代811高镍/硅碳电池样品。

由此便不难理解宁德时代“放弃811,便是放弃了高端市场”的论断。当特斯拉Model 3在全球市场“大杀四方”时,感受到“灭顶之灾”的不应仅仅是“李想们”。

目前,LG化学、SKI、三星SDI,以及国内的国轩高科、孚能科技、比亚迪、远景AESC等主流电池企业也都布局了NCM 811。

811不是一条简单的路

“如何进行能量密度的提升,成为制约电池发展的世界性难题。”

去年,在发布第二代811电池时,宁德时代首席科学家吴凯表示,“由于目前负极材料的能量密度远大于正极,正极材料就成了‘木桶的短板’而提高能量密度就要不断升级正极材料。因此批量稳定供应高性能的高镍正极材料是关键技术难点。”

所谓811主要指正极材料采用80%的镍、10%的钴和10%的锰这样的配比,由此大幅提升其能量密度。但高镍的811并非一条简单的路。

NCM811材料受其高镍含量、表面残碱高、热稳定性差等因素的制约,对正极材料生产厂家及电池企业的生产制造环境及技术水平,提出了更高的要求,因而在一定程度上限制了高镍材料的大规模商业化。

2017年,LG化学和SK创新曾宣布有望在2018年推出高能量密度的NCM811电芯,但之后不约而同地推迟了进程,可见其技术难度之大。

从811的正极材料来看,随着镍含量提高,三元材料的热分解温度降低,放热量增大,带来电池的热稳定性变差,这是材料的本征特性。为此需要从正极材料、电芯结构设计、电解液配方、隔膜特性、模组和电池包的安全设计、生产过程控制等一系列相关因素协同突破解决;

负极材料来看,811要搭配硅碳和硅氧使用,但是硅的氧化物—SiOX作为负极材料存在首次效率低的原因,需要预锂化工艺才能实现。金属锂粉稳定性差,对环境要求极为苛刻;

电池生产制造过程中,高镍材料对环境湿度控制的要求更高,由此带来制造成本上升,从而进一步限制其规模化的速度。

而且车企想要驾驭能量密度更高,更“敏感”的811也非易事。考较着车企从电芯到模组,到电池管理系统,以及整车的系统性匹配应用能力。采用高镍的21700电池后,特斯拉也以更为出色的电池管理系统为支持。

同样的,不少搭载811电池的车企,会将匹配过程直接提前到研发阶段,以求更深度的“契合”。

图注:2017-2018年我国纯电动乘用车续航里程平均数及中位数

是否要走这条更难的路?

目前,多元化的技术路线格局已经形成。磷酸铁电池供应500公里以下,NCM523供应500-700公里续航车型,700公里以上的高镍811是唯一的选择。

统计数据显示,去年宁德时代整体装机量为33GWh,占据了中国动力电池装机量的半壁江山。其中811占比12%;今年前七个月,宁德时代的装机量近11.2 GWh,811占比16%。

包括宝马、广汽、吉利、几何、小鹏在内的主流纯电动汽车生产企业的500及以上续航里程车型都搭载了宁德时代的811电池。而且将于10月开始批量生产的大众MEB平台车型也将采用811方案,宝马应用此技术的车型正向欧洲出口样品。

但811并非今年动力电池行业唯一的高光。

比亚迪推出的刀片电池通过结构重组,将磷酸铁锂的体积能量密度提升了50%;吉利几何C搭载宁德时代183Wh/Kg的5系高能量密度电池包,通过电池管理系统等诸多创新实现了550公里的超长续航。

似乎高电量、高续航不必依赖材料技术突破——这样“费时费力“的方法也能实现,是否可以就此选择这条比较简单的道路去走?

中国车企在燃油车领域的追赶已有先验。在完成了造型、匹配乃至发动机研发等一系列整车、部件乃至零件层面的技术攻关之后,中国车企开始艰难追赶百年跨国车企在动能、摩擦、震动等基础学科层面的领先技术优势。

动力电池领域的技术竞争格局也正在复制这一过程。

目前,SK创新已经在中国常州的合资电池公司量产了镍含量80%的高镍电池,同时已准备好生产镍钴锰比例为9/0.5/0.5的电池;LG化学明年将向通用提供包含90%镍的NCMA(镍钴锰铝)电池;更勿论松下为特斯拉提供的高镍电池方案将钴含量降低到了5%以下。

高镍低钴甚至无钴的技术路线在国际上已渐成共识,但这也意味着各家动力电池企业需要在材料化学这样的“根技术“领域展开全面竞争。

与燃油车时代不同的是,这次我们与国际一流水平之间没有百年的”时差“,甚至中国头部动力电池还很有可能成为全球技术领航者。

高镍技术路线代表的811电池目前尚未完全成熟,从技术突破到市场应用都将是一条艰难的道路。但也正因如此,811电池将是影响中国动力电池和新能源汽车产业地位与发展的关键战略制高点,是不好走却一定要走的一条路。

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