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号称量产元年?高镍811动力电池需冷静
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1.高镍NCM811在政策和市场的双重作用下,成为中国电池厂商的热门目标。2.自行车、天津李绅、 比亚迪 、彭辉能源、亿威锂能等动力电池公司。已全部投入NCM811技术路线的研发和生产。3.国内专家认为,NCM811的安全性和循环寿命仍是短期的,还面临技术、上游材料供应等瓶颈。同时,他们担心NCM 811上市太快。4.业内专家预测,NCM811电池2022年后可以商业化。
为什么高镍811三元锂电池风大?
NCM811,即正极材料中Ni、Co、Mn含量比为80%: 10%: 10%的三元锂电池,代表了目前三元锂电池领域能量密度最高、技术含量最高的路线。镍钴锰NCM和镍钴铝NCA是三元锂电池。由于NCA电池的高技术壁垒和日本公司对NCA材料市场的垄断,中国电池厂商在综合技术条件、工艺、成本等多重因素下,大多选择NCM路线。
根据镍、钴和锰的不同用量比例,镍钴锰三元锂电池可细分为111型、523型、622型和811型。镍在锂离子电池中的主要作用是增加克容量,使电池的能量密度更高。公开数据显示,NCM811材料的克容量可达190mAh/g,高于目前国内主流动力电池NCM523的166 mAh/g。
NCM811成为中国电池厂商的热门目标,原因有很多。首先,国家政策不断将动力电池的能量密度作为引导新能源汽车产业发展的关键指标,同时新能源补贴与动力电池的能量密度直接挂钩。此外,根据《汽车工业中长期发展规划》,目标是到2021年动力电池能量密度达到300Wh/kg以上,力争达到350Wh/kg,系统能量密度达到260Wh/kg,成本低于1元/Wh。
从行业现状来看,NCM523的最高能量密度为200Wh/kg,NCM622和NCM811的最高能量密度可达230Wh/kg和280Wh/kg以上。如果用三元锂电池实现2021年260Wh/kg的目标,可能只有NCM811能胜任。
其次,作为三元锂电池的关键材料,钴金属价格暴涨,迫使电池企业选择NCM811路线。随着近年来三元锂电池市场的发展,锂、钴等金属资源趋紧,尤其是金属钴,价格从2021年底的27万元/吨上涨至2021年底的53.4万元/吨,大幅上涨97.8%。而目前一吨电解镍的价格才11万多一点。81路线可以提高镍的含量,降低钴的含量,也可以降低成本。
很多企业进入高镍811
在新的政策和市场环境下,许多中国电池企业宣布或规划了RD和生产高镍811项目,因此2021年也被业内称为高镍811量产元年。
今年5月,Bike Battery率先宣布量产3.0Ah圆柱形18650电池NCM811,电池能量密度提升至250Wh/kg。作为国内最早量产NCM811电池的企业,BIC提供的客户名单显示了行业对新技术路线的热情:据介绍,BIC NCM811电池已应用于零跑、小鹏、杜云、江淮、SAIC大通、BAIC新能源等企业。彭辉能源还透露,公司NCM811材料的2.8Ah和3.0Ah圆柱形18650电池已经量产,并开始向相关整车厂商供货。
除了BIC和彭辉能源声称拥有量产能力外,国内部分电池企业宣布未来布局高镍811。郭萱高新年初宣布研发出能量密度为302瓦时/千克的三元811柔性电池单体。目前已开始建设相关产品的中试线,计划2021年建成生产线。此外,郭萱高新决定为福特和Zotye合资开发的首款车型提供三元622动力电池。
天津李绅是中国少数几家同时规划NCA和NCM航线的电池公司之一。李绅计划到2022年将乘用车单体电池的能量密度提高到350瓦时/千克。目前,天津李绅NCM811已小批量供货,NCA被列为企业长期计划。
比亚迪今年6月宣布,NCM811动力电池研发取得重大进展,将于2021年下半年投入使用。在与 长安汽车 成立动力电池合资公司的基础上,比亚迪将投资50亿元在重庆建设10GWh高镍811电池产能。
但部分企业对NCM811的技术路线持谨慎态度。作为中国第一大动力电池出货公司,有报道称当代安普瑞斯科技有限公司在2021年推出了高镍811电池,但官方拒绝对此报道置评。同时,在车企方面,奇瑞新能源也表示没有购买NCM811的计划,因为NCM811的技术成熟度和安全性还有待验证。
放眼全球市场,除了松下为 特斯拉 独家供应NCA电池外,以SK和LG化学为首的韩国企业在RD的进展并不顺利。今年年初,韩国 现代Kona EV搭载LG Chem NCM811柔性电池的纯电动SUV发布,双方同意在年内投放市场。2021年8月底,韩国SK宣布今年8月量产电动车用NCM811电池。然而,LG化学最近证实,今年将只为电动公交车生产圆柱形NCM811电池。SK确认将推迟推出用于电动汽车的NCM811电池。
专家:NCM811系统2022年后需要加强和商业化。
“目前制约NCM811量产的主要原因是工艺水平,其次还有一些技术瓶颈有待解决,高镍三元材料供应体系不完善。”2021年开始从事高镍三元材料研发的动力电池专家马俊峰认为,NCM811对制备工艺、设备和生产环境的要求极高,是限制NCM811规模化应用的主要因素;而且,NCM811对支撑高压电解液、隔膜等材料的要求远高于普通三元电池,同时对电池热管理等下游技术门槛较高,导致NCM811距离实际商用还有很大距离。
许多行业专家对此持有相对一致的观点。“NCM811系统需要验证。目前不具备商业运营能力。预计2022年后可以商用。”国家863重大电动汽车专用动力电池检测中心、中国北车研究院动力电池实验室主任王子东认为,就目前技术而言,高能量密度电池往往存在使用寿命低、安全性差等问题,需要在批量应用前解决。
在马俊峰看来,能量密度的单一提升是在牺牲动力电池其他性能的前提下进行的。即使松下为特斯拉提供了单节能量密度为300Wh/kg的21700NCA电池,其电池的循环寿命也没有达到目前主流三元材料电池的2000倍+的水平。
“当BIC在内部测试NCM811时,在不到1000次循环后,它会衰减到80%以下,这在早期研发中尤为常见。”自行车技术人员说。作为国内第一家量产NCM811电池的企业,BAK电池NCM811电池累计装机量已超过0.3GWh,占动力电池整体市场份额的1.3%。即使在RD和生产方面有一些成熟的经验,比克也无法避免牺牲电池一定循环寿命的负面影响。
" 江淮iEV7S 搭载bicncm811电池"
为了避免高比能量电池寿命降低的影响,各家车企采取了不同的措施。特斯拉通过将电池系统的容量提高到100千瓦时,降低了单个电池单体的单次放电深度,从而变相延长了动力电池的使用寿命。使用比克NCM811电池的江淮也表示只购买单体电池。"我们自主研发和应用电池组、电池管理系统和电池液冷等技术."JAC乘用车营销公司副总经理王光宇也告诉,目前JAC只有iEV7S和iEVA50两款车型使用比克NCM811电池。
除了循环寿命不理想外,NCM811电池的安全性也低于普通三元锂电池。“从材料性能来看,NCM811电池的寿命和过充安全性不如NCA电池,钴的使用量也高于NCA电池。”中国科学院物理研究所研究员黄说:“我对企业只有一个建议。不要跟风。”
“高镍三元材料的安全性可以通过材料改性、表面包覆、提高电压和调整阳极材料等方式来提高。NCM811的高比能、长循环寿命和高安全性可以同时存在,但目前在国内还达不到这个水平,三五年后可能会实现。”马俊峰为人爽快,无论是他之前团队生产的产品,还是目前NCM811产品在其他市场的应用,表现都是“一般”。
“即便是三星SDI、LG Chem等制造技术和质量控制水平先进的韩国公司,也宣布推迟NCM811电池的规模化生产和应用,可见技术路线仍不成熟。”
总结:NCM811作为目前动力电池领域能量密度最高、技术含量最高的路线,在政策和市场的双重作用下,成为国内众多电池公司的重点布局。然而,高比能和长循环寿命、高安全性,在不成熟的技术和材料等综合因素的作用下,仍然是相悖的。无论是业内专家还是新能源从业者,都没有人想打破中国新能源弯道超车的可能,但我们还是应该理性地看到,NCM811要想得到广泛应用,还有很长的路要走。
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不冒烟不起火不爆炸 岚图汽车三元锂电池量产装车
近日,中国汽车技术研究中心有限公司根据2021年1月1日起开始实施的新国标GB 38031-2020 《电动汽车用动力蓄电池安全要求》,对岚图FREE纯电版搭载的三元锂电池进行检测,经检验,该电池在热失控触发并发出热事件报警信号后,无冒烟、无起火、无爆炸现象发生,也是目前国内首个拿到“不冒烟”成绩的三元锂电池。据悉,此款电池包已进入量产阶段,岚图FREE纯电版将首发搭载,并于今年第三季度上市交付。
中国汽车技术研究中心有限公司董事长、总经理安铁成表示:“动力电池的生产设计要以安全为第一要素,重视性能与安全的平衡。中汽中心主导制定了新国标GB 38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》,为动力电池提升产品质量、技术含量提供规范和指引。相较于国标系统热扩散时间不低于5分钟的要求,岚图汽车对产品安全设计引入了更高目标,岚图FREE纯电版电池通过热扩散试验中最为严苛的‘无冒烟、无起火、无爆炸’检测,验证了岚图汽车动力电池热安全设计已经达到行业领先水平。”
岚图汽车CEO卢放表示:“岚图汽车秉承打造高端汽车的严苛标准,把解决消费者安全焦虑放在首位。岚图FREE在保证电池安全、续航里程的基础上,做到高标准的热扩散安全设计。相较于激进地提升能量密度,岚图汽车更希望通过行业领先的热扩散安全设计,为用户提供零焦虑、安全、可靠的出行体验。”
当前,全球电动汽车主要使用磷酸铁锂和三元锂两种电池。其中,三元锂电池具备能量密度高、低温性能好的特点,常用于高端电动品牌,但相较于磷酸铁锂电池有着更高的安全防护及热管理要求。三元锂电池若想在高性能和高安全上达到平衡,对电池技术和研发有着巨大挑战。
据岚图汽车新能源技术总监黄敏博士介绍,岚图FREE采用高安全电池PACK方案,从电芯化学体系及结构、电池包结构、热防护、安全预警等方面考量,确保动力电池全生命周期的安全性能。岚图FREE电池包于行业首创“三维隔热墙”技术:电芯采用小单元+防爆阀硬壳设计,电芯间引入先进的超强隔热技术,确保热失控后释放最小能量。电芯顶部导入耐1000℃隔热阻燃层,能有效防护乘员仓安全。
此外,电池包在原有温度电压预警基础上,独创电池安全监测和预警模型。据悉,岚图FREE在电池安全性技术及测试领域,已作专利布局。
基于用户对电池安全的焦虑,岚图汽车还定制化开发了车身防护、高强框架、压力传递、形变吸能和电池双保险共五大电池安全结构设计,最大化保障电池包安全。轻微碰撞时,岚图FREE高强度车身框架和门槛结构保护电池包免受撞击;碰撞较激烈时,铝合金框架与多条加强筋配合形成的电池外壳防护,以及多条横纵加强梁构建的电池包横梁防护,可以很好地分解碰撞压力,有效保护电池包。
在研发测试环节,岚图汽车采用高于同级别车型的严苛测试标准,力求解决用户对于电动汽车品质、安全的焦虑。国际上电动汽车电池安全测试标准共计20余项,岚图汽车在此基础上增加超60项,模拟用户极端用车场景,通过火烧、挤压、温度冲击、振动冲击、底部球击、冷却液泄露等远超国标的电池安全严苛测试,打造电池包全场景安全。
自2020年7月发布品牌战略以来,岚图汽车持续加快高品质产品的投产进程。岚图FREE定位零焦虑中大型智能电动SUV,提供增程电动和纯电动两种动力方案,拥有4种智能座舱模式,全系标配高级智能驾驶辅助系统,增程电动车型综合续航860km。岚图FREE现已全面开启预约,将于今年第三季度上市交付。随着岚图FREE的推出,岚图汽车将为新中坚力量提供零焦虑的电动体验,为中国新能源汽车的发展增添新动能。
列举国内最早开发三元材料锂电池的企业?
深圳比克电池从2005年开始涉足三元材料在动力电池上的应用,应该算是国内最好了吧。