鉅大LARGE | 點擊量：420次 | 2022年12月06日
811電池安全問題能解決嗎？
由于特斯拉所使用的電池是鎳鈷鋁NCA三元鋰電池，而中國新能源汽車使用的三元鋰電池主要是鎳鈷錳NCM電池，在電池技術(shù)路線上，業(yè)界曾一度有過這樣的爭議：到底該走NCA路線，還是走NCM路線？
目前，方向正在變得明晰，業(yè)界基本達(dá)成這樣的共識：在進(jìn)化到固態(tài)電池之前，走鎳鈷錳NCM路線，而且不斷提高鎳的比例。中科院院士歐陽明高就曾明確提出，“現(xiàn)在國內(nèi)正在從鎳：鈷：錳比例3：3：3轉(zhuǎn)向6：2：2，再轉(zhuǎn)變到8：1：1，正在逐步實現(xiàn)?！?/p>
“這幾年中國電力電池技術(shù)水平成長很快，成本降低也很多。從正極材料來講，現(xiàn)在逐漸走向高鎳的三元材料，最近大家都在談811電池;從負(fù)極來講，電解液、薄膜等材料都已走向量產(chǎn)。我們希望在2020年之前能量密度可以達(dá)到300WH/kg?！?/p>
在最近的一次會議上，寧德時代副董事長黃世霖做了這樣一次發(fā)言。而在之前的媒體報道中，寧德時代有望在明年推出811電池。同樣，比亞迪也有這樣的計劃。
NCA技術(shù)壁壘高，且材料幾乎被日企壟斷
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
三元鋰電池是一種以鎳鈷元素作為正極材料，以錳鹽或鋁鹽來穩(wěn)定化學(xué)架構(gòu)的鋰電池。NCM是指正極材料由鎳鈷錳三種材料由一定比例組合而成，而NCA的正極材料是由鎳鈷鋁構(gòu)成，每個字母對應(yīng)的都是相關(guān)元素的化學(xué)首字母。由于這兩類鋰電池能量密度相對更高，還能夠平衡續(xù)航和穩(wěn)定性，所以成為了電動汽車電池的首選。
那么，兩種電池都各自的優(yōu)劣勢都是怎樣的呢？
鎳鈷鋁電池，對制作工藝要求高且成本高，但鋁可以起到提高電池循環(huán)化學(xué)穩(wěn)定性的作用，搭配在三元體系中，鎳含量可以得到一定提升，從而實現(xiàn)更高的電池能量密度。但是鎳鈷鋁晶體結(jié)構(gòu)較鎳鈷錳不穩(wěn)定，容易在較高溫度的情況下，發(fā)生崩塌導(dǎo)致熱失控，且pH值過高易使單體脹氣，進(jìn)而引發(fā)危險。
鎳鈷錳電池內(nèi)的錳元素較難穩(wěn)定更多的鎳，導(dǎo)致目前鎳鈷錳體系能量密度稍低，所以續(xù)航表現(xiàn)不如鎳鈷鋁電池。但好處是，含錳三元體系熱穩(wěn)定性更佳，同時鎳含量比例較少，因而作為動力電池更為安全。
鎳鈷鋁NCA電池材料的技術(shù)壁壘高，目前產(chǎn)能主要集中在日韓，我國量產(chǎn)較少。主要供應(yīng)商有住友金屬(Sumitomo)、日本化學(xué)產(chǎn)業(yè)株式會社和戶田化學(xué)(Toda)，韓國的Ecopro和GSEM也有少量產(chǎn)品銷售。
一位業(yè)內(nèi)專家告訴第一電動：“從我了解的情況來看，國內(nèi)主要的電池巨頭都還是以NCM為主，NCA還沒有規(guī)模投入市場。松下給特斯拉供的NCA單體密度已經(jīng)可以做到300，而NCM811基本上也就做到250，這么來看NCA的密能量密度還是有比較明顯優(yōu)勢。國內(nèi)不搞NCA主要的壁壘還是來自技術(shù)瓶頸，NCA材料供應(yīng)基本被日本企業(yè)壟斷，電芯設(shè)計方面安全性的挑戰(zhàn)比較大，生產(chǎn)工藝方面要求也更高比如濕度10%以下。”
811電池漸成國內(nèi)趨勢，但還需要解決安全性問題
從能量需求看，NCA電池的確更有優(yōu)勢。不過，綜合考慮制造工藝、成本、還有目前的技術(shù)條件，中國的電池企業(yè)當(dāng)下主要還是集中在生產(chǎn)NCM。
在NCM電池中，按照鎳鈷錳三者含量的不同，NCM材料可分為NCM111、NCM523、NCM622、NCM811等，其中后面的數(shù)字代表的是鎳鈷錳的比例。從行業(yè)趨勢看，目前國內(nèi)主流動力類正極材料是NCM523。
但是，由于電動汽車廠家對電池續(xù)航里程要求越來越高，國內(nèi)的動力電池廠商也紛紛把重點投向高鎳三元方向。因為隨著鎳元素含量的升高，三元正極材料的比容量逐漸升高，電芯的能量密度也會隨之提高。而另一方面，而且作為稀有金屬的鈷價格不斷上漲，高鎳體系的NCM811將成為未來重要的發(fā)展方向。目前，NCM811材料技術(shù)日漸成熟，并開始逐漸釋放產(chǎn)能，形成小批量試用。
行業(yè)數(shù)據(jù)顯示，2018年一季度，國內(nèi)三元材料產(chǎn)量31670噸，同比增長64．26％。其中常規(guī)NCM型號占比78％，NCM622型號占比14％，NCM811／NCA占比8％。其中NCM811產(chǎn)量大幅激增。由于車企和電池企業(yè)對于高鎳三元材料的導(dǎo)入需求迫切，推進(jìn)速度不斷加快，今年一季度以來，NCM811材料已呈現(xiàn)出嚴(yán)重供不應(yīng)求的狀態(tài)。
可以說，在前幾年高鎳三元材料電池還處于個別廠家和學(xué)界的研發(fā)階段，但從2016年開始，高鎳三元電池的研發(fā)和生產(chǎn)已呈“燎原”之勢。但問題也隨之而來，三元材料中的鎳含量越高，材料的穩(wěn)定性越差，安全性越差。這個問題如何解決？
業(yè)內(nèi)專家也就這方面向第一電動表示：“鎳比例越高，正極材料的熱穩(wěn)定性就越差。在遇到高溫、外力沖擊等情況時，高鎳電池會存在安全隱患。且高鎳電池充電時產(chǎn)氣會導(dǎo)致電池鼓脹也是一個待解的問題。作為應(yīng)用到汽車產(chǎn)品中的關(guān)鍵部件，高鎳產(chǎn)品在安全方面仍然需要有更大程度的改進(jìn)?？梢哉f這是未來三年要努力克服的問題?！?/p>
業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，三元高鎳材料的安全性可以通過材料改性優(yōu)化、表面包覆、調(diào)整電解液和負(fù)極材料等方式來逐步解決。而另一方面，動力電池包內(nèi)的其他設(shè)備也在進(jìn)步，比如電池管理系統(tǒng)，比如各種傳感器等等，它們也能彌補一部分電池在安全性能方面的不足。不過，811電池的量產(chǎn)，肯定還有不短的一段路要走。
