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ywuweizi版主 (著名寫(xiě)手)
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作為世界第一動(dòng)力電池大國(guó)，為何造不出NCA電池
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何大家都說(shuō)NCM／NCA是三元電池的發(fā)展方向，但中國(guó)電池廠家和車(chē)企卻幾乎無(wú)一例外地選擇了NCM路線，很少有企業(yè)選擇NCA路線？那些號(hào)稱要做中國(guó)特斯拉的造車(chē)新勢(shì)力們，在電池選擇上卻并沒(méi)有學(xué)習(xí)特斯拉使用NCA電池，而是使用NCM電池？ 受益于中國(guó)這一全球最大的新能源汽車(chē)市場(chǎng)，2017年中國(guó)的動(dòng)力電池出貨量再次雄踞世界第一。根據(jù)第三方鋰電研究機(jī)構(gòu)真鋰研究的最新統(tǒng)計(jì)，2017年中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)鋰離子電池裝車(chē)總量33.55GWh，同比增長(zhǎng)21%。 從鋰電池類型來(lái)看，2017年磷酸鐵鋰電池裝車(chē)16.33GWh，占比48.68%； NCM三元電池實(shí)現(xiàn)裝車(chē)15GWh，占比44.71%；錳酸鋰電池裝車(chē)1.4GWh，占比4.16%；NCA三元電池裝車(chē)286.5MWh，成績(jī)基本上都是在下半年取得的；鈦酸鋰電池實(shí)現(xiàn)裝車(chē)533.4MWh，絕大多數(shù)是由珠海銀隆供應(yīng)。 其中，一個(gè)未被業(yè)界充分重視的現(xiàn)象是，中國(guó)已經(jīng)連續(xù)兩年實(shí)現(xiàn)NCA三元電池裝車(chē)的零突破。在2016年實(shí)現(xiàn)零的突破之后，2017年286.5MWh的裝車(chē)量是2016年87MWh的三倍多，再上一個(gè)新臺(tái)階。這是否預(yù)示著中國(guó)NCA電池市場(chǎng)即將爆發(fā)呢？ 新能源汽車(chē)市場(chǎng)的下半場(chǎng)主要是乘用車(chē)，而乘用車(chē)使用包括NCM和NCA在內(nèi)的三元電池方向已經(jīng)確定無(wú)疑。 但唯一有疑問(wèn)的是，為何大家說(shuō)NCM／NCA是三元電池的方向，但中國(guó)電池廠家和車(chē)企卻幾乎無(wú)一例外地選擇了NCM路線，很少有企業(yè)選擇NCA路線？新能源汽車(chē)的領(lǐng)跑者特斯拉恰恰選用的是松下提供的NCA電池，但那些號(hào)稱要做中國(guó)特斯拉的造車(chē)新勢(shì)力們?cè)陔姵剡x擇上卻并沒(méi)有學(xué)習(xí)特斯拉，而是選擇了NCM電池？ 作為動(dòng)力電池制造世界第一大國(guó)，中國(guó)為何至今沒(méi)有量產(chǎn)NCA電池？這背后是技術(shù)原因還是政策原因？如果是技術(shù)因素，那么是技術(shù)路線偏好還是技術(shù)研發(fā)和工程能力的問(wèn)題？如果是技術(shù)能力的問(wèn)題，那么中國(guó)電池制造企業(yè)與日韓企業(yè)差距在哪里？中國(guó)有希望在NCA電池上趕超日韓嗎？ 1.中國(guó)三元電池走什么路線？ 得動(dòng)力電池者，得新能源汽車(chē)天下。 這句話毫不夸張。因?yàn)殡姵卣嫉叫履茉雌?chē)整車(chē)成本的近一半。 在電池的四大主材（正極材料、負(fù)極材料、電解液和隔膜）中，正極材料不但占到成本的40%，而且直接決定著電芯的能量密度。正因?yàn)槿绱�，大多�?shù)動(dòng)力電池都以正極材料來(lái)命名。 根據(jù)正極材料技術(shù)路線，動(dòng)力電池可主要分為磷酸鐵鋰、三元(NCA/NCM)和錳酸鋰電池這三類（你可能會(huì)問(wèn)，為什么董小姐的珠海銀隆的鈦酸鋰電池?zé)o法歸類？這是因?yàn)殁佀徜囀俏ㄒ坏囊载?fù)極材料命名的動(dòng)力電池）。 這三類電池各有優(yōu)缺點(diǎn)：磷酸鐵鋰電池充放電循環(huán)壽命長(zhǎng)，但其缺點(diǎn)是能量密度低、低溫性能差，主要應(yīng)用在商用車(chē)上；三元材料的優(yōu)點(diǎn)是能量密度高，缺點(diǎn)是循環(huán)壽命比較短、安全性差和高溫性能差，主要應(yīng)用在乘用車(chē)上；錳酸鋰電池能量密度低，高溫下的循環(huán)穩(wěn)定性和存儲(chǔ)性能較差，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)和使用都很少。 所謂三元材料主要以NCM和NCA為主，其中NCM 材料可分為NCM111、NCM523、NCM622、NCM811等。目前國(guó)內(nèi)主要采取NCM 材料，以NCM523為主，2016年其在三元材料分型號(hào)產(chǎn)量中占比為76%，NCM111 和NCM622 占比分別為13%和10%。 隨著鎳元素含量的升高，三元正極材料的比容量逐漸升高，電芯的能量密度也會(huì)隨之提高。在新能源汽車(chē)?yán)m(xù)航里程提高和鈷價(jià)不斷高漲的雙重刺激之下，高鎳體系的NCM811和NCA材料已經(jīng)成為市場(chǎng)競(jìng)逐的熱點(diǎn)。但從目前國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池制造廠家的選擇來(lái)看，選擇NCM811路線者眾，而選擇NCA路線者寡。那么NCM和NCA差別大嗎？是否存在優(yōu)劣之分？ 2. NCA和NCM存在優(yōu)劣之分？ 首先，從材料生產(chǎn)過(guò)程來(lái)看，NCA比NCM的生產(chǎn)工藝條件更為苛刻。 根據(jù)海通證券的研究，從摩爾配比看，NCM中鎳：鈷：錳的摩爾比常見(jiàn)為5:2:3或1:1:1，而NCA中鎳：鈷：鋁常見(jiàn)的摩爾比為8:1.5:0.5，由于NCA中鋁的含量過(guò)少，因此也常稱為二元材料。而NCA中以Al（過(guò)渡金屬）代替錳，實(shí)際是將鎳鈷錳酸鋰通過(guò)離子摻雜和表面包覆進(jìn)行改性，離子摻雜可以增強(qiáng)材料的穩(wěn)定性，提高材料的循環(huán)性能。但是在制作過(guò)程中，由于Al為兩性金屬，不易沉淀，因此NCA材料制作工藝上存在門(mén)檻。 筆者發(fā)現(xiàn)，由于NCA材料的技術(shù)壁壘高，目前產(chǎn)能主要集中在日韓，我國(guó)量產(chǎn)較少。2014年全球NCA產(chǎn)量為1.45萬(wàn)噸，占所有正極材料8.9%左右，2015年NCA產(chǎn)量為2.3萬(wàn)噸，占比為10.3%。2016年日、韓兩國(guó)的NCA產(chǎn)量為2.68萬(wàn)噸。 NCA主要供應(yīng)商有住友金屬(Sumitomo)、日本化學(xué)產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社和戶田化學(xué)(Toda)，韓國(guó)的Ecopro和GSEM也有少量產(chǎn)品銷售。其中，Toda主要供應(yīng)日本AESC和韓國(guó)LGC，Sumitomo主要供應(yīng)松下和PEVE，韓國(guó)的Ecopro對(duì)應(yīng)客戶為SDI。 其次，從電池生產(chǎn)過(guò)程來(lái)看，NCA電池的生產(chǎn)難度更大。全球可以生產(chǎn)NCA電池的主要有松下、三星和AESC，而NCM的生產(chǎn)廠家眾多，包括LG和中國(guó)的主要?jiǎng)恿﹄姵貜S家。 特斯拉的電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航歷程最長(zhǎng)，最新的技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)20分鐘充滿續(xù)航350公里，是當(dāng)之無(wú)愧的全球領(lǐng)跑者，這與它采用松下NCA電池是密不可分的。 起初，松下推出的是18650型NCA電池，最近和特斯拉聯(lián)合推出21700的NCA電池。21700電池單體的能量密度接近300Wh/kg左右，比原來(lái)18650電池的250Wh/kg提高約10%以上，這幾乎是世界上能量密度最高的量產(chǎn)鋰離子電池了。這一水平，不但遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出國(guó)內(nèi)使用率最高的NCM523電池單體200Wh/kg的能量密度水平，而且也明顯高出國(guó)內(nèi)剛剛出現(xiàn)且最為領(lǐng)先的NCM811電池的能量密度水平，即單體最高250Wh/kg、系統(tǒng)最高200 Wh/kg的水平。 這能否說(shuō)明NCA電池比NCM更勝一籌呢？相比NCA電池已經(jīng)大規(guī)模、成熟量產(chǎn)，且得到商業(yè)上的驗(yàn)證，而高能量密度的以622、811為代表的NCM電池還未大規(guī)模開(kāi)始，暫時(shí)落后一步。 其中，技術(shù)最為領(lǐng)先的NCM811的電池制造國(guó)內(nèi)剛剛起步，主要產(chǎn)自圓柱形動(dòng)力電池生產(chǎn)廠家，而方形和軟包電池廠家還在企業(yè)內(nèi)部做有關(guān)的安全測(cè)試。 目前已經(jīng)對(duì)外宣稱實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)NCM811的廠家包括比克電池和鵬輝能源，其能量密度還有提升空間，且受制于NCM811正極材料的質(zhì)量和安全性問(wèn)題，進(jìn)一步提升的難度還不小。 目前還沒(méi)有公開(kāi)的數(shù)據(jù)，可以詳細(xì)比較NCA和NCM811的能量密度、安全性以及性價(jià)比，很難說(shuō)孰優(yōu)孰劣。不過(guò)，中國(guó)工程院陳立泉院士對(duì)《大出行下半場(chǎng)》表示，NCA和NCM811性能上比較接近，不分伯仲，在價(jià)格上NCM811略微便宜一些。而且，NCA體系電池也并非盡善盡美，如果要進(jìn)一步提升能量密度，需要在21700基礎(chǔ)上不斷地做大體積，而這會(huì)對(duì)電池安全管理提出更大的挑戰(zhàn)。 所以，全球最大NCA電池生產(chǎn)商松下雖然以NCA產(chǎn)品聞名于世，但實(shí)際上它是兩條腿走路，在提供NCA供給特斯拉的同時(shí)，也生產(chǎn)NCM供給大眾、福特等其他車(chē)企。 3. 中國(guó)能造出成熟的NCA電芯嗎 一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)是，在中國(guó)本土三元電池的供應(yīng)體系里面，目前幾乎只有NCM這一個(gè)路線的產(chǎn)品。那么，中國(guó)本土電池企業(yè)能生產(chǎn)出成熟的NCA電池嗎？ 放眼國(guó)內(nèi)電池企業(yè)，無(wú)論是一線的寧德時(shí)代、比亞迪、力神、國(guó)軒高科等廠家，還是專業(yè)做圓柱型電池的比克、沃特瑪、天鵬能源和鵬輝能源等廠家，目前都沒(méi)有批量生產(chǎn)NCA電池。 其中，大多數(shù)做方形或軟包的電池企業(yè)并沒(méi)有涉足NCA電池，做圓柱型電池的企業(yè)，例如比克只是在實(shí)驗(yàn)室研發(fā)，老牌的力神和新起的天鵬能源計(jì)劃生產(chǎn)，但其量產(chǎn)產(chǎn)品并未見(jiàn)于世，有待市場(chǎng)的檢驗(yàn)。 2017年11月，力神董事長(zhǎng)秦興才發(fā)布的“力神電池化學(xué)體系路線規(guī)劃”，包涵了NCM811/NCA體系、NCM532/622體系、磷酸鐵鋰體系、固態(tài)電池、鈉離子電池和燃料電池。 實(shí)際上，力神此前曾經(jīng)小規(guī)模生產(chǎn)過(guò)NCA電池，但此次正式列入長(zhǎng)期計(jì)劃，表明想大干一場(chǎng)，但前景可能并不特別值得期待。 不過(guò)，讓人感到意外的是，上海德朗能這家在動(dòng)力電池市場(chǎng)上并不十分活躍的公司，卻在去年公開(kāi)宣稱量產(chǎn)了NCA，2017年行業(yè)里面超過(guò)286MWh的裝車(chē)量可能主要是由它貢獻(xiàn)的，主要供給了東風(fēng)的乘用車(chē)。 這家公司的產(chǎn)品是否成熟，業(yè)界評(píng)價(jià)不一。2016年成為德朗能大股東的美都能源（600175），在2017年收購(gòu)了浙江新時(shí)代海創(chuàng)鋰電科技公司，而這家公司是由原寧波金和鋰電部分團(tuán)隊(duì)出走創(chuàng)辦的公司，其在三元材料研發(fā)上具有一定優(yōu)勢(shì)，但也并沒(méi)有量產(chǎn)NCA材料。德朗能的NCA電池能否持續(xù)高量產(chǎn)有待進(jìn)一步確認(rèn)。 筆者分析，這并不是說(shuō)中國(guó)的動(dòng)力電池市場(chǎng)上，近期不會(huì)出現(xiàn)其他高能量密度的成熟NCA三元電池供應(yīng)商，只不過(guò)供應(yīng)商并非中國(guó)本土企業(yè)，而是日韓背景的三家企業(yè)。 第一，松下公司投資的蘇州工廠，可能會(huì)在中國(guó)生產(chǎn)NCA電池， 并將為中國(guó)車(chē)企供應(yīng)， 第二，金沙江資本收購(gòu)的AESC已經(jīng)在中國(guó)投資設(shè)廠，其主打方向已經(jīng)從錳酸鋰轉(zhuǎn)向三元里電池，而它本身具備NAC電池的生產(chǎn)能力。 第三，三星2016年曾經(jīng)在中國(guó)市場(chǎng)上供應(yīng)過(guò)NCA電池，但因?yàn)檎咴虮唤型�。隨著政策環(huán)境的變化，三星可能重新獲準(zhǔn)在中國(guó)市場(chǎng)出售NCA電芯。 不過(guò)，我們需要追問(wèn)的是，為何中國(guó)本土的電池廠家為何至今沒(méi)有量產(chǎn)NCA三元電芯，是因?yàn)殡姵貜S造不出來(lái)還是沒(méi)有車(chē)企用？ 4.中日韓動(dòng)力電池差距在哪里？ 在熱火朝天、蓬勃發(fā)展的中國(guó)動(dòng)力電池市場(chǎng)上，為什么幾乎看不到中國(guó)公司生產(chǎn)的成熟NCA三元電芯呢？ 我們國(guó)內(nèi)暫時(shí)生產(chǎn)不出一致性、穩(wěn)定性高的NCA材料，就算進(jìn)口日韓的NCA材料，也暫時(shí)生產(chǎn)不出一致性、穩(wěn)定性高的NCA電池。 目前，國(guó)外NCA材料市場(chǎng)主要被住友金屬、日本化學(xué)產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社和戶田三家壟斷，國(guó)內(nèi)NCA材料及其電池的產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)起步較晚，但目前已有多家企業(yè)開(kāi)始中試和小批量試產(chǎn)，尚有一些技術(shù)問(wèn)題需要解決，沒(méi)有形成批量生產(chǎn)及銷售。 資料顯示，貝特瑞、杉杉能源和容百鋰電都對(duì)外宣稱，具備規(guī)�；a(chǎn)NCA材料的能力。其中，貝特瑞NCA的產(chǎn)能約為3000噸/年，已實(shí)現(xiàn)向松下等客戶銷售。 但是多家國(guó)內(nèi)電池廠家反饋，從市場(chǎng)上很難選到成熟的NCA材料國(guó)內(nèi)供應(yīng)商，這與國(guó)內(nèi)廠家的產(chǎn)品技術(shù)穩(wěn)定度和成熟度不高有關(guān)。 如果說(shuō)國(guó)內(nèi)買(mǎi)不到成熟的材料，那么為何不從日本采購(gòu)呢？顯然，材料供應(yīng)并非根本原因，根本原因還在于我們的生產(chǎn)制造能力有待提高，NCA電芯的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)難度較大。 從設(shè)計(jì)來(lái)看，高鎳材料荷電狀態(tài)下的熱穩(wěn)定性較差，導(dǎo)致電池的安全性下降，使得電池生產(chǎn)企業(yè)和終端產(chǎn)品用戶對(duì)NCA電池的安全性心存顧慮，需要從電芯設(shè)計(jì)、電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電源使用等環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)可靠的安全設(shè)計(jì)。 從生產(chǎn)來(lái)看，充放電過(guò)程存在嚴(yán)重的產(chǎn)氣，這會(huì)導(dǎo)致電池鼓脹變形，循環(huán)及擱置壽命下降，電池存在安全隱患，所以通常采用耐壓的圓柱電池殼制作NCA電池，降低了產(chǎn)氣量以控制電池鼓脹變形問(wèn)題。Tesla Model S采用與Panasonic共同研發(fā)的3.1Ah高容量NCA鋰電池，電池系統(tǒng)由7000多顆18650圓柱電池組成。 更讓中國(guó)電池廠頭疼的是，NCA要求在電池生產(chǎn)全過(guò)程均要控制濕度在10%以下，而其他材料目前只需注液工序?qū)穸冗M(jìn)行嚴(yán)格控制。這對(duì)國(guó)內(nèi)企業(yè)形成了很大的挑戰(zhàn)。 那么，NCA電池生產(chǎn)制造有多難？甚至有中國(guó)的動(dòng)力電池企業(yè)負(fù)責(zé)人對(duì)筆者說(shuō)，中國(guó)可能很長(zhǎng)時(shí)間都不具備這種生產(chǎn)能力，“干脆就別想了”。 如果要說(shuō)中國(guó)與日韓動(dòng)力電池企業(yè)的差距，NCA無(wú)疑是一個(gè)很好的例證。 5.中國(guó)車(chē)企能駕馭NCA電池嗎？ 中國(guó)目前造不出來(lái)，是否也有國(guó)內(nèi)需求刺激不足的因素？這是一個(gè)雞和蛋的問(wèn)題嗎？ 目前，從全球來(lái)看，采用NCA三元電芯的乘用車(chē)企主要是特斯拉，特斯拉不但較好地通過(guò)電池系統(tǒng)管理技術(shù)解決了由于能量密度提升帶來(lái)的熱失控問(wèn)題，而且通過(guò)汽車(chē)設(shè)計(jì)成功地規(guī)避了NCA電池的循環(huán)壽命短的問(wèn)題。因此，盡管中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)造車(chē)的諸多新勢(shì)力，幾乎每一家都號(hào)稱要做中國(guó)的特斯拉，但卻沒(méi)有一家要學(xué)習(xí)特斯拉采用NCA電芯。 這背后的原因固然有高比能量電池安全管理難的因素，但一個(gè)重要的原因可能在于想用但沒(méi)貨，因?yàn)樗上碌腘CA電芯專供特斯拉且供不應(yīng)求，能夠替代松下的其他同等規(guī)模的廠家暫時(shí)并沒(méi)有出現(xiàn)。 陳立泉院士分析，一個(gè)更為關(guān)鍵的原因在于可能中國(guó)車(chē)企想用，但未必駕馭得了。特斯拉的整車(chē)設(shè)計(jì)和電池系統(tǒng)控制能力并非大多數(shù)中國(guó)車(chē)企短期內(nèi)可以短期模仿和超越。換句話說(shuō)，不但主機(jī)廠挑動(dòng)力電池，NCA電池也挑主機(jī)廠，NCA不是你想用就可以用、就能用好。 不過(guò)，筆者認(rèn)為，未來(lái)中國(guó)企業(yè)也有希望造出成熟的NCA電池，且主機(jī)廠的需求也確實(shí)存在，這可能是中國(guó)動(dòng)力電池市場(chǎng)的一片新藍(lán)海。 從供應(yīng)側(cè)來(lái)看，電動(dòng)汽車(chē)的三元電池動(dòng)力路線尚未完全定型，還在不斷演進(jìn)當(dāng)中。雖然中國(guó)在前一個(gè)階段基于技術(shù)、成本和補(bǔ)貼的因素主要選擇了NCM路線，但這并不意味著NCA路線在沒(méi)有新機(jī)會(huì)。雖然NCA電池生產(chǎn)確實(shí)有著很高的技術(shù)門(mén)檻，但中國(guó)企業(yè)也并非完全沒(méi)有希望實(shí)現(xiàn)突破。 從需求側(cè)來(lái)看，隨著越來(lái)越多的不同技術(shù)背景、不同行業(yè)的人殺入造車(chē)行業(yè)，主機(jī)廠對(duì)動(dòng)力電池的需求各不相同，且對(duì)NCA電池的駕馭能力不同，未來(lái)NCA也會(huì)成為市場(chǎng)上的一個(gè)新選擇。 而當(dāng)下的問(wèn)題是，在NCA電芯國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)都存在供應(yīng)缺口的背景下，中國(guó)動(dòng)力電池企業(yè)如何強(qiáng)身健體，從中分一杯羹。 |
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研一實(shí)驗(yàn)小白，我的研究方向就是NCA，在2.8-4.3v平臺(tái)下0.1c能達(dá)到215mAh/g，但是0.5c只能達(dá)到175左右容量衰減太快 發(fā)自小木蟲(chóng)Android客戶端 |
3樓2018-06-12 19:56:33
張100730227
至尊木蟲(chóng) (知名作家)
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ywuweizi(金幣+1): 謝謝參與
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彎道超車(chē)的夢(mèng)想不容易實(shí)現(xiàn)啊。真擔(dān)心出現(xiàn)彎道翻車(chē)的情況！ 發(fā)自小木蟲(chóng)Android客戶端 |
4樓2018-06-12 20:22:19
dcqxinyang
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5樓2018-06-12 20:34:34
janehuiminli
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6樓2018-06-12 21:03:38
簡(jiǎn)單回復(fù)
2018-06-12 19:54
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wdxmu10樓
2018-06-12 23:00
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