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三元鋰離子電池正極材料高鎳低鈷是鋰離子電池的必然發(fā)展趨勢(shì)

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:2304次  |  2020年05月22日  

三元鋰離子電池正極材料高鎳低鈷是鋰離子電池的必然發(fā)展趨勢(shì)。多元材料鎳、鈷、錳元素隨著鎳含量提高、材料克比容量提高、電池的能量密度也不斷提升;同時(shí)由于鈷原料的成本較高、鈷價(jià)波動(dòng)振幅也較大導(dǎo)致高鈷低鎳的多元材料的成本居高不下,鋰電公司為了降低成本和尋求更高能量密度的材料傾向于采用Ni含量比較高的NCM622,NCM811和NCA。


三元鋰離子電池正極材料高鎳低鈷是鋰離子電池的必然發(fā)展趨勢(shì)


近年來(lái)隨著全球電動(dòng)汽車市場(chǎng)不斷升溫,三元鋰離子電池需求量大增。鈷是三元鋰離子電池中重要的正極材料之一,但資源稀缺,自2017年以來(lái)價(jià)格不斷攀升。一方面是鈷價(jià)不斷上漲,另一方面是補(bǔ)貼漸退,三元鋰離子電池正極材料“高鎳低鈷”成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。


面對(duì)日益新增的成本,全球電池供應(yīng)商都在想方設(shè)法減少鈷在三元電池中的含量,他們更改了電池正極材料的配方比例,將三元電池中鎳鈷錳或者鎳鈷鋁的配比從6:2:2改為8:1:1。我國(guó)很多動(dòng)力鋰電池公司也都在布局高鎳三元電池。高鎳低鈷一方面是為了提高能量密度,另一方面是為了降低成本。


從鋰離子電池的技術(shù)來(lái)講,在鎳鈷錳的比例為8:1:1時(shí),電池能量密度達(dá)到300瓦時(shí)/公斤已經(jīng)可以清晰地看到“天花板”,可能未來(lái)10年都無(wú)法突破。盡管很多電池供應(yīng)商都在降低鈷的使用量,但大部分廠商并未實(shí)現(xiàn)8:1:1技術(shù)路線在量產(chǎn)中的應(yīng)用,至于無(wú)鈷電池的上市時(shí)間,恐怕就更為久遠(yuǎn)了。


電池“無(wú)鈷化”,高鎳化是趨勢(shì)


目前來(lái)看,新能源汽車尤其是新能源乘用車所采用的動(dòng)力鋰電池重要采用兩種技術(shù)路線,一是磷酸鐵鋰離子電池,另一則是三元鋰離子電池,前者安全性好,成本低;后者能量密度高,續(xù)航能力強(qiáng)。若以是否含有鈷元素劃分,前者不含鈷,后者含鈷。


據(jù)預(yù)測(cè),鈷的短缺潮可能會(huì)提前到來(lái),在未來(lái)5~10年內(nèi)將對(duì)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)較大的影響。數(shù)據(jù)顯示剛果的鈷產(chǎn)出占全球鈷礦的2/3,亟待發(fā)現(xiàn)新的資源產(chǎn)地。從目前的情況看,找到新的礦產(chǎn)資源還要很長(zhǎng)時(shí)間,假如僅依靠剛果的鈷資源,那么到2020年時(shí)很有可能出現(xiàn)鈷供給危機(jī)。


高鎳三元鋰離子電池材料的原料成本有所下降,因?yàn)殒嚤肉拑r(jià)格低。但是高鎳三元材料的這些技術(shù)痛點(diǎn)導(dǎo)致其生產(chǎn)條件極為苛刻,原料成本下降,生產(chǎn)成本又升高,所以未來(lái)高鎳三元材料的成本也不會(huì)大幅降低。但是由于國(guó)家及市場(chǎng)對(duì)電池比容的要求,高鎳三元材料勢(shì)在必行。


在三元材料中,錳、鈷的含量決定了電池的穩(wěn)定性,鎳的含量決定了電池的比容性和續(xù)航能力。鈷的價(jià)格不斷上升,鎳的價(jià)格保持穩(wěn)定,因此高鎳三元成為三元材料行業(yè)重點(diǎn)研發(fā)的領(lǐng)域。新增鎳的含量,降低鈷的使用量,并且能夠依然保持電池優(yōu)異的熱穩(wěn)定性,高鎳三元將是未來(lái)三元材料的重要發(fā)展趨勢(shì)。


作為鋰離子電池的重要原料之一,鈷能夠明顯提升鋰離子電池的能量密集度。為了替代鈷,電池廠商往往會(huì)新增鎳的使用量以提升電池的能量密度;但鎳的使用量新增之后會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的電極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低,進(jìn)而影響到電池循環(huán)壽命和安全性。目前車企和電池供應(yīng)商只是降低了鈷在三元電池材料中的配比,但目前鈷尚無(wú)法替代。


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