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图为国外某头部电池企业技术路线规划图
国外动力电池四巨头正在高镍路线上狂奔。2019年10月,LG化学南京工厂811电池正式下线,并且开始大批量导入特斯拉(上海)Model 3产线。在批量生产811电池之后,LG化学还在积极布局更高镍含量的电池技术研发,如LG化学计划明年向通用提供镍含量达90%的NCMA四元电池。
同样在2019年,SKI与北京汽车成立的电池合资公司——位于常州市金坛经济开发区的北电爱思特(江苏)科技有限公司正式投产。据电池中国网了解,这家合资公司生产的也是811电池,并且已经批量供应国内主机厂。此外,SKI同时已准备好生产镍钴锰比例为9/0.5/0.5的更高镍含量的电池。
被特斯拉牵着鼻子走的松下电池,2018年就推出了圆柱21700高镍电芯,使得当时电芯,体能量密度就接近300Wh/kg。据悉,目前松下已经将特斯拉电芯的钴含量降低到5%以下,镍含量足够高。根据松下电池最新技术路线规划,其将在未来2-3年内将无钴电池商业化,实现更高镍含量。
综上可以看出,为实现更高能量密度,国外头部电池企业没有一家不选择高镍811甚至更高镍含量的电池技术路线。
短续航用铁锂,长续航用三元,高端车用高镍
在市场、政策的导向下,动力电池技术进步的速度已肉眼可见,并且技术路线的多元化也超出预期。
2019年,宁德时代和比亚迪在电池结构、PACK工艺上的创新,使得在电池化学材料未明显突破的情况下,动力电池系统能量密度明显提升,整车带电量和续航里程明显加大。宁德时代的CTP技术、比亚迪的刀片电池技术被业内称为是2019年电池工艺结构上“最漂亮的创新”。
进入2020年,两家企业工艺和结构上的创新已经大规模投入应用,宁德时代CTP电池包已经在北汽新能源、合众新能源、吉利汽车、戴姆勒等众多主流车企上批量导入;比亚迪磷酸铁锂刀片电池也配套其新车——比亚迪·汉。电池PACK工艺结构上的创新正加速电动车型的降本和性能提升,推动电动化普及。
不过,如果要想彻底消除消费者对电池、电动汽车的焦虑,仍然需要从材料端着手。
动力电池技术经过多年发展,目前多元化材料技术路线格局对应的市场已经逐渐清晰。如目前业界普遍认为,500km以下续航车型采用磷酸铁锂更佳,磷酸铁锂不仅可以做到这种续航,而且更便宜,可以帮助这类车型节省不少成本;500~700km左右的续航车型往往采用NCM523或NCM622电池,目前技术已经比较成熟。如果追求更高续航里程,如700km、800km甚至1000km的续航,那么短期来看高镍(以811为主)甚至无钴是必然方向,具备技术、经济的可行性。
电动化之路,首先要解决的是续航里程问题,当续航里程满足600km、700km,甚至800km 的时候,我们还要关注未来电动化、智能化、网联化以及个性化等高端电动汽车多元化需求对于汽车电池的要求。
在这种趋势下,从电池技术本身来看,提升电池能量密度这条路是要一直向前走的,“技术进步的追求是为了满足人们对于更美好生活的需求。”
正如前述,在提升动力电池能量密度方面,目前高镍低钴甚至无钴的技术路线在国内外已渐成共识,无论是松下电池、LG化学、SKI等电池企业,还是特斯拉、大众汽车、通用汽车等车企,都在密集布局高镍低钴技术路线。这也表明,现阶段为代表的高镍811没有哪一家企业考虑过放弃。
当然,如果放眼长远,未来可能还有固态电池、锂金属电池、锂硫电池能解决长续航难题。
谈安全,我们要谈什么?
回头来看,宁德时代811风波始于“安全焦虑”。今年夏天,广汽新能源Aion S发生了自燃,其搭载的正是由宁德时代配套的“811”电芯。
事实上,由于镍元素的活性高,811材料的热稳定性不如523,811电池的安全性被认为不如后者。因而接连几起广汽新能源Aion S自燃之后,业内的关注点一下子聚焦到811电池上了。
回到811材料本身来看,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、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“升级”,方能进一步突破其安全瓶颈。
同时,在制作生产环节,811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,需要整个产业链共同努力。
不仅如此,对于电动汽车来说,安全本身就是个系统工程,整车的安全需要考虑从电芯到模组,到电池管理系统,以及整车的系统性匹配应用能力。早前几年就开始应用高镍21700圆柱电池的松下和特斯拉,也是基于特斯拉出色的BMS电池管理系统支持。
事实上,去年特斯拉(上海)工厂开始批量导入LG化学的811电池,并运行良好,特斯拉的BMS电池管理系统在最后一道安全屏障上的角色也不容忽略。
从国内来看,不少车企已经意识到这一点,开始将811电池的研发和应用匹配过程直接提前到研发阶段,以求更深度的“契合”。
相信,从材料、电芯、工艺、制造、PACK、BMS到车企等,在整个产业链的协同努力与试错下,811电池技术会愈加成熟,并且未来也将会成为主流电池技术路线之一。
流言终将止于智者。无论是811,还是未来镍9系甚至无钴电池,在汽车产业变革的大潮下,尽管电动化之路会有些曲折,也会很艰难,但动力电池技术进步的脚步会一直向前,电动化之势不可阻挡。当然电池技术的发展有个过程,但因噎废食要不得。每一次变革,都需要多次“摸着石头过河”的试验,如果一出问题就想退回去,电池技术的提升从何谈起呢?电动汽车与燃油车凭什么相抗衡呢?811目前正在经历的“风波”,已经成熟应用的523以前也有过,我们确信未来的镍9系,甚至其他新技术都会有类似“波澜”。当然,我们也应珍惜这种关注和讨论,唯有此,技术才能进步得更稳健,产业发展方能行稳致远。
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