與傳統電池不同,鋰電動力電池擁有一個龐大的正極、較小的負極、和較少的電解液,正極成本達到動力電池整體成本的40%左右。從目前技術來看,鋰電池能量密度升級的主要攻關方向,一個是降低封裝外殼的重量(軟包),二個就是提升正極所能攜帶的能量密度。
三元鋰電里的“三元”,純粹指代正極技術,意思是,正極材料是由三種金屬制成的。上一代動力電池我們叫磷酸鐵鋰,是因為正極材料是磷酸鐵鋰制成的,磷酸鐵鋰雖然安全,但能量密度無法提升到160Wh/kg以上。
三元正極有兩個方向。一個叫NCM,N=鎳、C=鈷、M=錳,后面往往帶數字,例如NCM523是當前主流,意思是三種元素的配比是5:2:3;另一種技術叫NCA,A=鋁,NCA電池的配比相對固定在8:1.5:0.5。
那么什么叫高鎳三元?NCM電池三種元素中,隨著鎳元素占比升高,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。但是,隨著鎳元素的升高,NCM電池內的錳元素較難穩定更多的鎳,導致體系能量密度稍低,所以續航表現不如NCA電池。
那么為什么國內廠商不生產NCA電池?因為技術達不到。NCA電池鋁的含量非常少,因此可以理解它接近二元材料,以Al代替錳,是將鎳鈷錳酸鋰通過離子摻雜和表面包覆進行改性,離子摻雜可以增強材料的穩定性,提高材料的循環性能。但是鎳鈷鋁電池對制作工藝要求較高,因為,Al為兩性金屬(可以同時與酸和堿發生化學反應),不易沉淀,因此NCA材料在較高溫度的情況下,會發生熱失控,從而引發危險。
NCA技術主要集中在日韓廠商(LG、松下)手中,中國企業技術主要差在兩點。一是,制程方面,NCA要求在電池生產全過程均要控制濕度在10%以下,這對國內企業形成了很大的挑戰;二是NCA目前必須采用耐壓的圓柱電池殼,這不是國內廠商電池包裝技術發展的方向。
NCA技術和NCM技術差距多大?
2018年初,特斯拉CEO馬斯克表示,特斯拉在NCA電池技術方面獲突破性進展,能量密度再提升30%,并且生產成本大幅下降,特斯拉車型的續航里程可達到640km以上;6月時特斯拉強調,再次在電池技術方面獲突破性進展,能量密度再提升30%,預計達到330Wh/kg水平。
國產電池當前量產的較高水平來自寧德時代,其NCM622技術在第11批推薦目錄中達到了170Wh/kg水平。從目前國內技術來看,接下來NCM811裝車,有望達到210Wh/kg水平。
但是,鑒于NCA暫時無法用軟包技術封裝,隨著軟包技術的發展和推廣,國產動力電池在2019年仍有加速跟上的希望。LG化學CFO在接受采訪時表示,將批量生產NCM 811正極材料的電池用于電動公交車,軟包電池仍是NCM622型應用于大多數新能源汽車。