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高比容量、低成本,锂电正极材料高镍化发展方向明确

发布时间:2019-03-15  来源:立鼎产业研究网  点击量: 1390 

锂离子电池的主要构成材料包括电解液、隔离材料、正负极材料等。锂离子电池的核心部件为电芯,约占锂离子电池成本的70%,电芯则主要由正极、负极、电解液和隔膜四大关键材料组成。其中,正极材料成本一般占电芯的30%-40%,占有较大比例,其性能和价格均对锂离子电池影响较大。

锂电池材料成本构成


资料来源:公开资料,立鼎产业研究中心

目前,主要的正极材料钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、三元材料镍钴锰酸(NCM)和镍钴铝酸锂(NCA)等,根据其特点不同,应用领域也不同,三元材料很大程度上综合了各种正极材料的优点,是目前车用动力电池材料主要的发展方向。其中钴酸锂具有放电频次高、比容量较高、循环性能好、合成工艺简单等优点,但成本较高,主要用在3C 产品;锰酸锂和磷酸铁锂早期用在车用动力电池上,锰酸锂结构稳定,安全性较好,但是能量密度低、高温循环稳定性和存储性能较差,因此在动力电池应用上受到一定程度的限制,目前已逐渐被淘汰;磷酸铁锂安全性和循环性能相对优异,但磷酸铁锂也存在诸多固有的性能问题,能量密度低、高低温性能、充放电特性均存在较大差距,目前主要用在客车上;三元材料能量密度高,循环性能优异。多元材料镍(Ni)钴(Co)锰(Mn)酸锂(NCM)和镍钴铝(Al)酸锂(NCA)随着NiCoAl3 种元素比例的变化显示出不同的性能,很大程度上综合了各种正极材料的优点,具有能量密度高、循环寿命长、倍率特性好和安全性能高等特点,是目前车用动力电池材料主要的发展方向。

不同正极材料物理特性


资料来源:公开资料,立鼎产业研究中心

新能源汽车补贴政策变动,鼓励高续航、高能量密度、低能耗车型。2018 年补贴政策鼓励高续航里程、高能量密度、低能耗的车型。对于纯电动车续航150~300 公里车型补贴分别下调约20%~50%不等,低于150 公里续航的车型将不再享有补贴;续航里程300~400公里及400 公里以上车型,分别上调2%~14%不等。能量密度方面:能量密度低于105Wh/kg的不再享有补贴,对于160Wh/kg 以上调整系数从2017 年的1.1 调整到2018 年的1.2

高比容量使得三元正极材料高镍化方向明确。目前,电池能量密度提高有两个办法,一是提高电芯能量密度,二是提高成组效率。目前主流方形电芯成组效率在75%左右,在现有技术条件下,提升空间有限。而提高电芯能量密度关键点之一就是提高正极材料实际比容量,随着三元正极材料镍含量的提高,其实际比容量得到进一步提高,而811 实际比容量可达到190mAh/g,单体电池能量密度可达到280-300Wh/kg。我们认为,新能源汽车补贴政策变动,将有力促进高镍三元材料发展。

三元材料放电比容量与热稳定性、容量保持率关系


资料来源:公开资料,立鼎产业研究中心

高镍三元在原材料成本上的优势,也使得产业向高镍三元发展更为明确。相比于NCM523NCM811 钴含量更少,原材料成本可降低7.1%。虽然NCM811 在热稳定性、容量保持率存在一定劣势,但其在高比容量、低成本方面优势无可替代,而且,通过改性也会提高NCM811 的稳定性和容量保持率。

不同三元正极材料成本情况


资料来源:公开资料,立鼎产业研究中心

认为,未来锂电池正极材料从NCM523NCM622 NCM811 NCA 或是到富锂锰基都有可能,正极材料技术正在持续进步,设备和产线都需要投入大量研究力量,不断升级。而每次技术更新,都意味着市场的真空和产能的争相投放,对于承建生产线和相关设备的公司来说都是新的机会。从长远来看,电动车不是简单的燃油车技术的优化升级,是出行革命,是人类出行工具向智能化、轻量化、联网化方向发展的必由之路。燃油车被完全替代的趋势不可改变,新能源汽车销量仍将持续高速增长。这意味着,随着公司锂电业务收入规模的不断扩大,公司已逐渐脱离原来化工行业的周期属性,初步具备了高成长属性。

三元正极材料产能扩张呈现波动向上特性


资料来源:公开资料,立鼎产业研究中心

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