市场|NCM811成大众所爱,NCA材料市场何时爆发呢?

在新能源汽车续航里程提高和钴价不断高涨的双重刺激之下,高镍三元材料体系已经成为市场竞逐的热点,从目前国内动力电池企业的选择来看,大部分选择NCM811技术路线,

而选择NCA技术路线的很少。据起点研究数据统计,2017年NCA三元电池的装机量为286.5MWh,同比增长229%,主要的装机时间集中在2017年下半年。NCA三元电池如此高的增长率,这是否又预示着中国NCA材料市场即将爆发呢?

市场|NCM811成大众所爱,NCA材料市场何时爆发呢?

一、政策推动

根据国家工信部《汽车产业中长期发展规划》,要求2020年动力电池单体能量密度达到300Wh/kg,高能量密度的要求促使国内电池企业向更高比容量的电池材料布局,磷酸铁锂材料受到本身性能的限制,目前的技术是很难在2020年达到国家相关规划中能量密度的要求,三元材料NCM111和NCM523等材料也很难预期达到300Wh/kg的目标,目前主流的NCM523可以达到160-200Wh/kg,而NCM622和NCM811分别可以达到230Wh/kg和280Wh/kg。要实现动力电池能量密度和续航里程的要求,大力发展高镍三元材料成为必然的趋势。

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二、行业特点

在发展高镍三元材料过程中,有NCM811和NCA两种材料选择,但从目前国内动力电池制造厂家选择来看,大部分选择NCM811材料,而NCA材料很少选择。在国内电池企业中,宁德时代、比亚迪、力神、国轩高科等厂家,还是专业做圆柱电池的比克、天鹏和鹏辉等厂家,都还没有批量生产NCA电池。圆柱电池企业只是在实验阶段,而多数做方形和软包的电池企业还没有涉足NCA电池。在材料方面,在国外主要被住友金属、日本化学株式会社和户田垄断,目前国内还生产不出一致性和稳定性高的NCA材料,贝特瑞、杉杉能源和容百锂电宣称具有规模化生产的能力,实际产量很少,国内NCA材料供应主要依赖于进口。

三、优势

最初的锂离子电池能量密度只有50-70Wh/kg,通过改善电池结构和电池材料,现在锂离子电池能量密度已经可以达到200Wh/kg以上。NCA材料容量高,还具有较好的循环稳定性,适合对能量密度较高的高端电子产品。目前日本高端18650电池最高容量可以达到3.5Ah,松下NCA18650电芯容量为3.2Ah,相当于每节电池存储11.47WH的电量,国内很少企业能够做到。2012年下半年松下已经量产3.4Ah的18650电芯,更高容量的4.0Ah电芯也开始小批量生产,其正极材料均使用NCA材料。

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四、技术路线

动力电池主要有三种类型:磷酸铁锂电池充放电循环寿命长,缺点是能量密度低、低温性能差,主要应用在商用车上;三元材料能量密度高,缺点是循环寿命比较短、安全性和高温性能差,主要应用在乘用车上;锰酸锂电池能量密度低,高温循环稳定性和存储性能较差,国内生产和使用都较少。在新能源汽车续航里程和钴价不断上涨的影响下,高镍三元材料NCM811和NCA成为市场竞足的热点。从材料本身来看,NCM811材料中镍:钴:锰的摩尔比为8:1:1,而NCA材料中镍:钴:铝的摩尔比为8:1.5:0.5,由于NCA材料中铝的含量较少,有时也被称为二元材料。NCA材料中以Al代替锰,实际是将镍钴锰酸锂通过离子掺杂和表面包覆改性,增强材料的稳定性和循环性能。

NCA材料的生产难点在于前驱体的制备和焙烧的过程,三元材料需要将三种金属元素和锂均匀混合,特别是Al的添加量相对较少,难以均匀分散,一般采取共沉定法,通过一定的工艺手段,使所有元素同时沉定,成为前驱体。但在制作过程中,Al为两性金属,不易沉淀。焙烧也是一大难点,Ni元素的稳定价态为正二价,为了将其氧化为正三价,就需要合成过程中有氧化物,对焙烧的设备提出了很高的要求。

NCA电池的生产中,高镍材料碱性较高,在匀浆和涂布过程中,浆料粘度异常上升,使得生产过程无法进行,这就需要纯氧环境、湿度控制在10%以下,加大了资金投入,对国内企业存在很大的挑战。

五、企业介绍

在国外,NCA材料企业主要集中在日本和韩国,日本的住友金属、日本化学产业株式会社和户田化学,韩国的Ecopro和GSEM少量的供应。户田化学主要供应日本AESC和韩国LG,住友金属主要供应松下和PEVE,韩国的Ecopro主要供应SDI。国内企业贝特瑞、杉杉能源和长远锂科宣称具有生产NCA材料的能力,贝特瑞NCA的产能为3000吨/年,已实现对松下的供应。

六、未来发展趋势

目前中国三元NCA材料处于研发建设时期,部分企业也是小批量生产,总体需求不大。随着新能源汽车对续航里程和电池更高的要求,大企业加大研发力度,对NCA材料将会不断增多,起点研究(SPIR)预测未来三年NCA材料市场需求将会呈现倍数增长,主要的原因:

(1)松下、三星,这些电池企业具有NCA电池生产能力,与国内多家企业合作,有助于国内NCA材料生产、应用水平。同时容百锂电、巴莫、长远锂科生产线不断完善,产品性能逐渐提升,产量逐年增加。

(2)中国是全球最大的新能源汽车生产与消费国,新能源汽车续航里程的增加,终端需求加大。国内圆柱企业积极研发高容量电池,如卓能、力神、比克等先后进行NCA电池的试制阶段,未来在设备和生产环境把控的能力提升,NCA电池会实现批量化生产,NCA材料的应用也会逐年提升。


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