中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：根據(jù)國(guó)家工信部《汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》，要求2020年動(dòng)力電池單體能量密度達(dá)到300Wh／kg，這是業(yè)界努力攻關(guān)的目標(biāo)之一。
從目前技術(shù)來看，高鎳三元正極＋硅碳負(fù)極是最可行的商業(yè)化方案，正極高鎳化趨勢(shì)非常明確。而在2025年后有一定不確定性，需跟蹤富鋰錳基和固態(tài)電池的商業(yè)化進(jìn)展，因此高鎳三元正極產(chǎn)品生命周期預(yù)計(jì)至少5－10年。目前圓柱型動(dòng)力電池已率先實(shí)現(xiàn)高鎳產(chǎn)品量產(chǎn)，方形、軟包電池突破在即，2019年行業(yè)將迎來高鎳產(chǎn)品量產(chǎn)的普遍性突破。
到了2020年NCM811正極市場(chǎng)規(guī)模將突破200億。你不了解一下？
核心邏輯：
1、高鎳動(dòng)力電池規(guī)模量產(chǎn)拐點(diǎn)已至，高鎳化是中周期產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)。
2、18年811正極開始放量，20年市場(chǎng)將破200億。
3、高鎳正極技術(shù)門檻大幅提升，將重塑產(chǎn)業(yè)格局。
4、高鎳正極用鈷量減少，成本顯著下降，盈利能力增強(qiáng)
高鎳動(dòng)力電池優(yōu)勢(shì)明顯，可顯著提升能量密度降低單位成本。
能量密度顯著提高，輕量化降低百公里電耗，提升乘用車?yán)m(xù)航里程。目前811動(dòng)力電池產(chǎn)品相比523產(chǎn)品能量密度可能提升15－20％，后續(xù)高鎳正極產(chǎn)品進(jìn)一步性能優(yōu)化可提升至30％以上。能量密度提升意味著同等重量的電池可以提供更多帶電量，實(shí)現(xiàn)輕量化降低百公里電耗的同時(shí)顯著提升續(xù)航里程，這對(duì)于空間有限且對(duì)續(xù)航性能敏感的乘用車至關(guān)重要。
相同良率下，能量密度提升將顯著降低動(dòng)力電池單位成本。電芯能量密度＝正極克容量x電壓x正極質(zhì)量占比，811正極克容量較高，可以在其他材料用量不變的情況下提升電芯容量，意味著每wh其他材料用量成本降低，在同樣良率的情況下，電芯的每wh成本將同比例下降，以目前811的克容量做測(cè)算，不考慮合格率影響，每wh成本可下降14％左右。
由于811動(dòng)力電池產(chǎn)品處于產(chǎn)業(yè)化初期，生產(chǎn)環(huán)境要求嚴(yán)苛及工藝控制難度較大，導(dǎo)致合格率較低進(jìn)而提高了生產(chǎn)成本。但隨著量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的積累，正極及電池廠商技術(shù)實(shí)力逐步提升，預(yù)計(jì)良品率將逐步提高，高鎳動(dòng)力電池成本優(yōu)勢(shì)將逐步顯現(xiàn)。
圓柱型電池已率先實(shí)現(xiàn)高鎳產(chǎn)品量產(chǎn)，方形、軟包電池突破在即。從主流企業(yè)技術(shù)進(jìn)展來看，日韓在高鎳動(dòng)力電池量產(chǎn)上領(lǐng)先，國(guó)內(nèi)企業(yè)正在快速追趕。圓柱型電池龍頭公司比克的高鎳產(chǎn)品已經(jīng)量產(chǎn)，在江淮 iEV7S、江淮大眾首款車型以及造車新勢(shì)力的云度π3和小鵬的車型上均會(huì)采用。
方形及軟包的龍頭公司寧德時(shí)代與孚能的高鎳產(chǎn)品均有望于四季度量產(chǎn)，2019年行業(yè)將迎來高鎳產(chǎn)品量產(chǎn)的普遍性突破。
2020年NCM811正極需求將達(dá)7．7萬噸，市場(chǎng)規(guī)模將破200億。NCM111及523由于量產(chǎn)難度較低，在2017年為市場(chǎng)主流，2018年過渡到單晶523及622體系，811開始放量，2019年811比例將大幅提升，2020年NCM811正極需求將達(dá)7．7萬噸，市場(chǎng) 規(guī)模將達(dá)205億。
目前在鋰電池四大主材中，三元正極市場(chǎng)集中度最低，2017年三元正極出貨量最高的容百也只有不到13％的市場(chǎng)份額，與負(fù)極、隔膜、電解液龍頭市占率普遍在25－30％相比，三元正極市場(chǎng)格局最為分散，且相比同為正極的鈷酸鋰集中度也明顯較低。高鎳正極將重塑產(chǎn)業(yè)格局的原因在于技術(shù)門檻大幅提升，高品質(zhì)性能的高鎳正極難度非常大。具體摻雜包覆的參數(shù)控制，以及產(chǎn)線的工藝管控難度都要大很多。333和523差別不大，523到622難度略有提升，但811是個(gè)突變點(diǎn)，難度顯著提升，可真正實(shí)現(xiàn)高鎳正極批量出貨的廠商數(shù)將顯著減少。
目前處于高鎳正極產(chǎn)業(yè)化初期，多家廠商積極推動(dòng)高鎳正極產(chǎn)能落地，從絕對(duì)產(chǎn)能規(guī)劃來看，2018－2019年將開始密集投放高鎳正極產(chǎn)能，2019年底高鎳正極產(chǎn)能將達(dá)到17萬噸左右。但產(chǎn)能落地距離批量產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品仍有較大距離，尤其部分廠商更多具備NCA量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)而非NCM811，同時(shí)客戶認(rèn)證亦需要較長(zhǎng)周期。正極成本結(jié)構(gòu)中，原材料成本占比80％左右，價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)將不會(huì)是主要手段，預(yù)計(jì)競(jìng)爭(zhēng)將較為有序。
NCM811相比NCM523，鈷含量從12．21％下降至6．06％，折算到動(dòng)力電池每kwh用鈷量從0．22kg下降至0．09kg，后續(xù)隨鎳比例進(jìn)一步提升，鈷用量將進(jìn)一步下降。在鈷價(jià)55萬／噸左右情況下，單噸811正極相比523用鈷成本可下降3．4萬左右，且鈷價(jià)越高成本優(yōu)勢(shì)越明顯。而811正極的加工成本相比523高2萬／噸左右，未來有望縮減至1萬／噸，因此目前總體成本811正極相比523低1．4萬／噸左右。
目前NCM811報(bào)價(jià)在24萬元／噸左右，而NCM523動(dòng)力型主流價(jià)在21－21．5萬元／噸，價(jià)差在2．5－3萬／噸。考慮到NCM811正極總成本相比523低1．4萬／噸左右，單噸毛利增加3．9－4．4萬，盈利能力顯著提升。毛利率將逐步回落，穩(wěn)態(tài)盈利能力也將高于523。
三元523及111正極的技術(shù)含量更多在前驅(qū)體環(huán)節(jié)，而在高鎳正極體系下，正極燒結(jié)環(huán)節(jié)的技術(shù)含量也顯著增加，在以加工費(fèi)定價(jià)的模式下，穩(wěn)態(tài)情況高鎳正極環(huán)節(jié)的毛利也將高于523產(chǎn)品。目前動(dòng)力三元523毛利率在15％，622在20％，811在25％左右，考慮到隨著高鎳正極產(chǎn)能投放，811毛利率預(yù)計(jì)將下滑至較為穩(wěn)定的20％左右。
推薦標(biāo)的：當(dāng)升科技、新宙邦
硬核技術(shù)干貨：
在三元材料中，三種元素所起作用不同，相對(duì)含量高低影響整體材料性能：
1）Ni是主要活性物質(zhì)之一，對(duì)容量有顯著影響，其相對(duì)含量提升，克容量增加；
2）Co也是活性物質(zhì)，既能穩(wěn)定材料的層狀結(jié)構(gòu)，又能減小陽離子混排，便于材料深度放電，從而提高材料的放電容量；
3）Mn4＋呈電化學(xué)惰性，主要起穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用。 Ni表現(xiàn)為高容量，低安全性；Co表現(xiàn)為高成本，高穩(wěn)定性；Mn表現(xiàn)為高安全性、低成本。為了得到低成本、高容量的三元材料，通過提高Ni的相對(duì)含量，降低Co、Mn的比例，放電容量有明顯增加，但循環(huán)性能和熱穩(wěn)定性幾乎線性下降。
高鎳正極的循環(huán)性能及熱穩(wěn)定性較差原因主要在于：
1）Li／Ni容易發(fā)生混排，而高鎳正極更為嚴(yán)重。由于Ni2＋與Li＋半徑接近，在脫鋰過程中，Li＋脫嵌形成空位，Ni2＋容易遷移到鋰位，從而造成鋰的析出，在不斷的重復(fù)反應(yīng)過程中，混排比例增加，材料層級(jí)結(jié)構(gòu)塌陷，導(dǎo)致性能大幅減弱，因此循環(huán)性能較差。
2）三元材料中Ni含量的增加，熱分解溫度降低，放熱量增加，材料熱穩(wěn)定性變差。此外，高鎳正極Ni4＋含量高，Ni4＋具備強(qiáng)氧化性，會(huì)分解電解液，為了保持電荷平衡，材料中會(huì)釋放出氧氣，破壞晶體結(jié)構(gòu)，從而使材料的穩(wěn)定性變差。
因此高鎳正極需要摻雜、包覆做材料改性方能在實(shí)際產(chǎn)業(yè)化中應(yīng)用。
1）體相摻雜改性：通過改變材料的晶格常數(shù)或材料中部分元素的價(jià)態(tài)來提高材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提高材料的電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率，降低陽離子混排。摻雜主要分為陽離子摻雜（Al、Mg、Ti、Zr、Mo、Cr）、陰離子摻雜（F）和陰陽離子共摻雜（AlF3、MgF2）等。陽離子Al、Mg等摻雜可以抑制Li／Ni混排，抑制充放電過程的相轉(zhuǎn)變，改善循環(huán)性能。陰離子F摻雜可以將結(jié)構(gòu)中部分M—O鍵替換成更加穩(wěn)定的M—F鍵，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，減少正極與電解液的反應(yīng)，降低循環(huán)過程中界面電阻的增加，改善循環(huán)穩(wěn)定性。
2）表面包覆改性：通過減小正極與電解液直接接觸導(dǎo)致的電解液氧化分解，減少材料在充放電循環(huán)過程中晶體結(jié)構(gòu)的坍塌，并能抑制SEI膜的生長(zhǎng)，從而提高電池的循環(huán)及安全性能。包覆材料主要為無電化學(xué)活性的無機(jī)材料，如AlPO4、Al2O3、AlF3、MgO、TiO2等。同時(shí)，表面堿性過大會(huì)影響正極材料電化學(xué)性能的發(fā)揮，并且會(huì)影響材料的涂布質(zhì)量，表面包覆能有效降低三元材料的表面堿性。
高鎳正極的核心技術(shù)在于摻雜包覆工藝，同時(shí)燒結(jié)的設(shè)備精度及工藝要求也大幅提升，技術(shù)難度顯著增加。
目前三元正極工業(yè)化生產(chǎn)采用的主流生產(chǎn)工藝為：共沉淀法制備前驅(qū)體，然后將其與鋰源混合固相燒結(jié)制成三元材料。摻雜在前驅(qū)體和燒結(jié)環(huán)節(jié)均可，包覆則主要集中在燒結(jié)環(huán)節(jié)，主要原因在于前驅(qū)體液相包覆工藝技術(shù)難度大，類精細(xì)化工控，在燒結(jié)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)包覆需要進(jìn)行二次或多次燒結(jié)。
摻雜包覆的難點(diǎn)在于摻雜包覆元素選擇、工藝方法以及參數(shù)控制以得到均勻的摻雜包覆效果。燒結(jié)環(huán)節(jié)的核心設(shè)備窯爐劃分為多個(gè)溫區(qū)，高鎳正極在燒結(jié)過程中多溫區(qū)的溫度控制精度要求顯著高于523等產(chǎn)品，同時(shí)由于正極材料氧空位的存在會(huì)誘發(fā)Ni／Li混排，高鎳正極材料需要純氧氣氛燒結(jié)，對(duì)設(shè)備的精度及密閉性要求極高。高鎳正極需要一次性燒結(jié)完成，不像523等產(chǎn)品可以進(jìn)行返燒，整體的工藝要求也明顯提高，技術(shù)難度顯著增加。
