2020年，在成本、安全、續(xù)航的多方博弈下，磷酸鐵鋰、高鎳技術(shù)路線都在相應(yīng)市場和領(lǐng)域受到關(guān)注，且頻頻成為業(yè)界競相討論的焦點(diǎn)。貌似中鎳三元有點(diǎn)不受待見了，實(shí)則非然。中鎳三元材料正在以另一種“形貌”出現(xiàn)，并大有反攻之勢。那就是單晶中鎳三元體系。
從電池生產(chǎn)企業(yè)來看，2020年寧德時(shí)代、欣旺達(dá)、瑞浦能源、領(lǐng)湃新能源都推出了基于中鎳的單晶三元電池；材料端，單晶5系、6系已成為當(dāng)升科技、格林美、中偉股份、長遠(yuǎn)鋰科、貴州振華、容百科技、廈門鎢業(yè)等眾多正極材料企業(yè)的拳頭產(chǎn)品。值得一提的是，特斯拉在2020年4月也申報(bào)了一項(xiàng)單晶鎳鈷鋁電極專利獲批，可使電池循環(huán)壽命超過4000次，電池生命周期內(nèi)續(xù)航可超過160萬公里。
而電池頭部企業(yè)及造車新勢力接連推出中鎳三元產(chǎn)品，則有望帶動中鎳三元電池的反包圍。
安全、成本、壽命皆優(yōu) 單晶中鎳悄然起勢
提升動力電池能量密度一直是電池技術(shù)演化的重要方向。過去幾年，在補(bǔ)貼政策導(dǎo)向下，動力電池能量密度逐年提升，材料體系也從最初的磷酸鐵鋰，到三元電池。三元電池材料也從NCM111到NCM523、622，再到目前的811，甚至超高鎳。鎳的含量逐步提高，電池能量密度也隨之提升，這也一直是三元正極材料主流的發(fā)展方向。
但問題來了，鎳越高，電芯能量密度越大，但鈷被迫減少，電池的安全風(fēng)險(xiǎn)也隨之陡增。盡管NCM811電池近兩年已經(jīng)開始批量化裝車，但業(yè)界普遍認(rèn)為，NCM811產(chǎn)品在安全性能和成本上還需要繼續(xù)迭代和改善，尚不具備技術(shù)積淀的企業(yè)在這一技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)用上還需謹(jǐn)小慎微。
在現(xiàn)有材料和技術(shù)路線下，提高鎳含量也并非提升電芯能量密度的唯一法門。提高正極材料電壓，也是可選項(xiàng)之一。相對多晶材料，單晶材料更適合做高電壓。同時(shí)，單晶材料內(nèi)部沒有晶界，可提升三元材料的循環(huán)穩(wěn)定性，對延長電池的循環(huán)壽命也算額外的驚喜。
此外，中鎳三元材料因鎳含量相對高鎳較低，且鈷含量也較高，本身安全性就足夠有保證。再加上單晶材料產(chǎn)熱較少，穩(wěn)定性高，其安全性性能要遠(yuǎn)高于高鎳材料。
在制備成本上，目前單晶中鎳材料生產(chǎn)工藝相對于多晶材料更為復(fù)雜，材料價(jià)格也相對較高。但如果與高鎳材料的制備成本相比，仍然占有優(yōu)勢。
事實(shí)上，在鎳鈷錳比例相同的情況下，單晶三元材料克容量稍低于多晶三元材料，但由于其電壓更高，因此材料整體能量密度已經(jīng)和目前高鎳三元材料差不多。
能量密度接近，安全性、循環(huán)性能更優(yōu)，同時(shí)成本也更低。這些因素也促使單晶中鎳三元材料市場占比開始上升。行業(yè)數(shù)據(jù)顯示，2019年中國市場三元正極材料出貨量中，單晶三元正極材料出貨量已超過50%。
目前來看，市場上主要的單晶三元正極材料主要以鎳5系、6系為主，3系以及高鎳三元占比可忽略不計(jì)。
多家企業(yè)悄悄推出單晶中鎳三元產(chǎn)品 市場熱度起升
2020年11月，國內(nèi)造車新勢力蔚來上線了100kWh電池包。據(jù)悉，該電池包可實(shí)現(xiàn)“無熱蔓延”，也就是寧德時(shí)代此前宣布的“只冒煙不起火”電池。值得注意的是，該款電池電芯采用的是寧德時(shí)代“鎳55三元電芯”。
當(dāng)然，這并非寧德時(shí)代首次亮相其單晶鎳5系電池產(chǎn)品。結(jié)合寧德時(shí)代在2020年7月為上汽榮威ER 6配套的NCM523電池，其電芯能量密度243Wh/kg；8月為吉利幾何C配套的高電壓NCM523電芯?？梢酝茰y寧德時(shí)代2020年已開始大批量為車企供應(yīng)單晶鎳5系電池。
2020年11月，欣旺達(dá)對外發(fā)布了“不起火”三元電池包。據(jù)悉，該電池包內(nèi)電芯的正極材料采用的也是5系的單晶高電壓三元材料——鎳5X正極材料。據(jù)欣旺達(dá)相關(guān)負(fù)責(zé)人透露，欣旺達(dá)采用單晶高電壓鎳5X體系材料，產(chǎn)熱比其它體系要低至少18%；熱穩(wěn)定性(熱失控溫度)也比其它體系高30%以上；能量密度方面，由于單晶材料電壓更高，通過提升單晶材料電壓，鎳5X能量密度已經(jīng)接近目前的高鎳材料體系。
同在去年11月，動力電池新勢力領(lǐng)湃新能源發(fā)布的首款新品也是基于高電壓中鎳材料打造的鎳6系產(chǎn)品。據(jù)領(lǐng)湃新能源介紹，之所以選擇高電壓中鎳產(chǎn)品，主要是基于兩個(gè)方面的考慮：首先是能量密度高，通過高電壓和中鎳結(jié)合，能夠達(dá)到高鎳體系的水平；第二是安全性好，中鎳的安全性會比高鎳體系更有優(yōu)勢。
同在去年，瑞浦能源也推出了高電壓4.35V Ni55+石墨體系產(chǎn)品，相關(guān)產(chǎn)品電芯能量密度已做到245Wh/kg，且開始批量裝車應(yīng)用。據(jù)瑞浦能源介紹，單晶鎳5系產(chǎn)品在能量密度上已與目前的NCM811接近，但是在循環(huán)壽命、安全性能和成本上卻較目前的NCM811有明顯優(yōu)勢。
去年4月，特斯拉申請了一項(xiàng)單晶鎳鈷鋁（NCA）電極專利。專利顯示，使用該技術(shù)，電池在其生命周期內(nèi)可以循環(huán)充電4000余次，全生命周期續(xù)航將超過160萬公里。
除了在單晶三元材料方面，2020年，蜂巢能源推出的“無鈷電池”，星恒電源推出的星恒超鋰S7也同樣采用了單晶技術(shù)，單晶在多種材料體系中均已經(jīng)得到拓展。
單晶中鎳在安全、能量密度、成本、循環(huán)壽命上的綜合優(yōu)勢突出，也早已引得上游材料企業(yè)的關(guān)注和研發(fā)努力。近日，格林美在接受機(jī)構(gòu)調(diào)研時(shí)表示，公司主要生產(chǎn)高鎳與單晶高端產(chǎn)品，目前已建成高鎳與單晶高端產(chǎn)品13萬噸/年產(chǎn)能；據(jù)當(dāng)升科技透露，公司開發(fā)的單晶高電壓多元6系產(chǎn)品已獲得眾多國內(nèi)外客戶的高度認(rèn)可；容百科技也表示，公司一直以來以高鎳和單晶三元正極材料為主要研發(fā)方向，在單晶正極材料方面，過去幾年公司依次實(shí)現(xiàn)了單晶NCM523、單晶NCM622的產(chǎn)業(yè)化，后續(xù)單晶型NCM811和高能量型NCA等產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化正在推進(jìn)中。
單晶中鎳材料的悄然走熱，也讓我們看到一種現(xiàn)象，在2020年，多家車企“重回”NCM523體系。當(dāng)然，這只是電池企業(yè)在綜合車企、消費(fèi)者的現(xiàn)實(shí)訴求后，進(jìn)行的技術(shù)創(chuàng)新所致。
高安全性、高能量密度、長循環(huán)壽命以及低成本是車企對于電池的需求，也是電池技術(shù)發(fā)展的趨勢。目前主流的磷酸鐵鋰、中鎳三元、高鎳三元等電池技術(shù)路線，都可以破解一到幾個(gè)方面的訴求，但很難同時(shí)破解所有訴求。這也是目前多種電池技術(shù)在不同場景表現(xiàn)完全不同的重要原因。
單晶中鎳三元目前在經(jīng)濟(jì)性、安全性、能量密度、循環(huán)壽命等多個(gè)維度實(shí)現(xiàn)了較好的平衡，目前以寧德時(shí)代、欣旺達(dá)、瑞浦能源等為代表的多家電池制造企業(yè)已經(jīng)開始大量導(dǎo)入和生產(chǎn)，預(yù)計(jì)接下來鎳5系、6系等中鎳體系的高電壓單晶材料將是多家電池企業(yè)布局的重點(diǎn)技術(shù)路線之一，這將帶動中鎳三元市場份額重新回升。
當(dāng)然，并非巨頭們開始推出單晶中鎳，就放緩了高鎳的推進(jìn)速度。動力電池能量密度的提升仍然是大方向，2020年寧德時(shí)代、LG化學(xué)、松下電池、SKI、三星SDI、特斯拉等國際巨頭或已經(jīng)量產(chǎn)了高鎳（以NCM811為主）電池，或?qū)ν饨玑尫帕烁哝?、超高鎳材料電池的量產(chǎn)時(shí)間表。在三元電池賽道上，高鎳化目前仍然是重要方向，在追求續(xù)航里程的大前提下，動力電池高鎳化方向未來一段時(shí)期內(nèi)應(yīng)該不會動搖，關(guān)鍵是如何做到既安全可靠又具經(jīng)濟(jì)性。相信，這也是眾多電池企業(yè)未來技術(shù)競爭角逐的重要領(lǐng)地。
來源：CBEA電池中國
