市場|NCM811成大衆所愛,NCA材料市場何時爆發呢?

在新能源汽車續航里程提高和鈷價不斷高漲的雙重刺激之下,高鎳三元材料體系已經成為市場競逐的熱點,從目前國內動力電池企業的選擇來看,大部分選擇NCM811技術路線,

而選擇NCA技術路線的很少。據起點研究數據統計,2017年NCA三元電池的裝機量為286.5MWh,同比增長229%,主要的裝機時間集中在2017年下半年。NCA三元電池如此高的增長率,這是否又預示著中國NCA材料市場即將爆發呢?

市場|NCM811成大眾所愛,NCA材料市場何時爆發呢?

一、政策推動

根據國家工信部《汽車產業中長期發展規劃》,要求2020年動力電池單體能量密度達到300Wh/kg,高能量密度的要求促使國內電池企業向更高比容量的電池材料佈局,磷酸鐵鋰材料受到本身性能的限制,目前的技術是很難在2020年達到國家相關規劃中能量密度的要求,三元材料NCM111和NCM523等材料也很難預期達到300Wh/kg的目標,目前主流的NCM523可以達到160-200Wh/kg,而NCM622和NCM811分別可以達到230Wh/kg和280Wh/kg。要實現動力電池能量密度和續航里程的要求,大力發展高鎳三元材料成為必然的趨勢。

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二、行業特點

在發展高鎳三元材料過程中,有NCM811和NCA兩種材料選擇,但從目前國內動力電池製造廠家選擇來看,大部分選擇NCM811材料,而NCA材料很少選擇。在國內電池企業中,寧德時代、比亞迪、力神、國軒高科等廠家,還是專業做圓柱電池的比克、天鵬和鵬輝等廠家,都還沒有批量生產NCA電池。圓柱電池企業只是在實驗階段,而多數做方形和軟包的電池企業還沒有涉足NCA電池。在材料方面,在國外主要被住友金屬、日本化學株式會社和戶田壟斷,目前國內還生產不出一致性和穩定性高的NCA材料,貝特瑞、杉杉能源和容百鋰電宣稱具有規模化生產的能力,實際產量很少,國內NCA材料供應主要依賴於進口。

三、優勢

最初的鋰離子電池能量密度只有50-70Wh/kg,通過改善電池結構和電池材料,現在鋰離子電池能量密度已經可以達到200Wh/kg以上。NCA材料容量高,還具有較好的循環穩定性,適合對能量密度較高的高端電子產品。目前日本高端18650電池最高容量可以達到3.5Ah,松下NCA18650電芯容量為3.2Ah,相當於每節電池存儲11.47WH的電量,國內很少企業能夠做到。2012年下半年松下已經量產3.4Ah的18650電芯,更高容量的4.0Ah電芯也開始小批量生產,其正極材料均使用NCA材料。

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四、技術路線

動力電池主要有三種類型:磷酸鐵鋰電池充放電循環壽命長,缺點是能量密度低、低溫性能差,主要應用在商用車上;三元材料能量密度高,缺點是循環壽命比較短、安全性和高溫性能差,主要應用在乘用車上;錳酸鋰電池能量密度低,高溫循環穩定性和存儲性能較差,國內生產和使用都較少。在新能源汽車續航里程和鈷價不斷上漲的影響下,高鎳三元材料NCM811和NCA成為市場競足的熱點。從材料本身來看,NCM811材料中鎳:鈷:錳的摩爾比為8:1:1,而NCA材料中鎳:鈷:鋁的摩爾比為8:1.5:0.5,由於NCA材料中鋁的含量較少,有時也被稱為二元材料。NCA材料中以Al代替錳,實際是將鎳鈷錳酸鋰通過離子摻雜和表面包覆改性,增強材料的穩定性和循環性能。

NCA材料的生產難點在於前驅體的製備和焙燒的過程,三元材料需要將三種金屬元素和鋰均勻混合,特別是Al的添加量相對較少,難以均勻分散,一般採取共沉定法,通過一定的工藝手段,使所有元素同時沉定,成為前驅體。但在製作過程中,Al為兩性金屬,不易沉澱。焙燒也是一大難點,Ni元素的穩定價態為正二價,為了將其氧化為正三價,就需要合成過程中有氧化物,對焙燒的設備提出了很高的要求。

NCA電池的生產中,高鎳材料鹼性較高,在勻漿和塗布過程中,漿料粘度異常上升,使得生產過程無法進行,這就需要純氧環境、溼度控制在10%以下,加大了資金投入,對國內企業存在很大的挑戰。

五、企業介紹

在國外,NCA材料企業主要集中在日本和韓國,日本的住友金屬、日本化學產業株式會社和戶田化學,韓國的Ecopro和GSEM少量的供應。戶田化學主要供應日本AESC和韓國LG,住友金屬主要供應松下和PEVE,韓國的Ecopro主要供應SDI。國內企業貝特瑞、杉杉能源和長遠鋰科宣稱具有生產NCA材料的能力,貝特瑞NCA的產能為3000噸/年,已實現對松下的供應。

六、未來發展趨勢

目前中國三元NCA材料處於研發建設時期,部分企業也是小批量生產,總體需求不大。隨著新能源汽車對續航里程和電池更高的要求,大企業加大研發力度,對NCA材料將會不斷增多,起點研究(SPIR)預測未來三年NCA材料市場需求將會呈現倍數增長,主要的原因:

(1)松下、三星,這些電池企業具有NCA電池生產能力,與國內多家企業合作,有助於國內NCA材料生產、應用水平。同時容百鋰電、巴莫、長遠鋰科生產線不斷完善,產品性能逐漸提升,產量逐年增加。

(2)中國是全球最大的新能源汽車生產與消費國,新能源汽車續航里程的增加,終端需求加大。國內圓柱企業積極研發高容量電池,如卓能、力神、比克等先後進行NCA電池的試製階段,未來在設備和生產環境把控的能力提升,NCA電池會實現批量化生產,NCA材料的應用也會逐年提升。


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