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一文帶你看懂正極材料的上游與下游

鉅大LARGE  |  點擊量:173次  |  2020年07月23日  

摘要
一、正極材料四大類 主要是為電池提供鋰離子,在充電時正極材料鋰離子脫離到負極,放電時鋰離子經過電解液回到正極,使得負極材料在獲得與釋放鋰離子時相對正極材料產生電位差從而形成工作電壓。 電池的能量密度主

一、正極材料四大類


正極材料重要是為電池供應鋰離子,在充電時正極材料鋰離子脫離到負極,放電時鋰離子經過電解液回到正極,使得負極材料在獲得與釋放鋰離子時相對正極材料出現電位差從而形成工作電壓。


電池的能量密度重要由正極材料決定。正極材料種類較多,重要包括磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰以及三元鋰,其中三元鋰分為鎳鈷錳NCM以及鎳鈷鋁NCA,其中鎳鈷錳三元電池依據各個元素的相對占比可細分為NCM333、NCM523、NCM622以及NCM811,由于三元材料使用了鈷等貴金屬,因此成本相對較高。


二、正極材料發展狀況


動力鋰電池發展初期磷酸鐵鋰最為主流,重要由于其原材料國內儲備豐富、循環壽命長且安全性能優異,但是磷酸鐵鋰能量密度較低,電池比能量位于100-120Wh/kg區間,上限最多達到160Wh/kg,從而制約純電動汽車的續航里程。


2017年工信部公布《汽車產業中長期發展規劃》指出在2020年動力鋰電池單體比能量需達到300Wh/kg,力爭達到350Wh/kg,系統比能量力爭達到260Wh/kg,而到2025年動力鋰電池系統比能量達到350Wh/kg,基于現階段的磷酸鐵鋰比容量正極遠無法達到該標準。


三元鋰離子電池因為綜合了鎳帶來的高容量、鈷和錳帶來的高材料穩定性,綜合性能有所提升,尤其是比能量較高位于150-200Wh/kg區間,目前市場使用占比逐年提升,預計后期仍將持續上升。但三元材料的熱穩定性相對較差,在200℃外界溫度下易分解釋放出氧氣從而為電池高溫助燃,而磷酸鐵鋰分解溫度約在700℃并且不會釋放氧氣,因此從熱穩定性(同時也是安全性)來看,磷酸鐵鋰優勢顯著。


目前基于安全性以及行駛里程較為固定的緣故,商用車仍然較多使用磷酸鐵鋰,而乘用車逐步由磷酸鐵鋰切換到三元鋰技術路線。關于三元鋰而言,鎳含量的提升能夠提升電池比容量,同時降低電池材料的成本,但也會進一步降低熱穩定性。


我們認為,電池的容量和熱穩定性是當下電池所面對的一對技術矛盾,而續航里程是純電動汽車當下階段最為關注的核心指標,在比能量和熱穩定性的權衡上,正極材料的比能量提升技術難度邊際遞增,而熱穩定性短板可通過配套使用效率較高的熱管理系統加以彌補。因此高比能量而熱穩定性相對較弱的技術路線有望成為后期技術主流,具體表現為:一方面三元材料的使用占比提升,一方面“低鈷高鎳”化將成為三元電池的后期趨勢。


三、正極材料下游使用情況


從目前主流整車廠的電池技術路線可以看出,比亞迪、上汽、江淮以及北汽之前重要是以磷酸鐵鋰技術路線為主,目前比亞迪逐步擴充三元鋰產量,后期磷酸鐵鋰產量重要分配給客車,而新擴建的三元鋰產量重要分配給乘用車。上汽新推出的榮威ERX5搭載的同樣也是三元鋰離子電池,而之前的E550搭載的為磷酸鐵鋰,由此可見,比亞迪、上汽、北汽等主流整車廠的新能源乘用車逐步從磷酸鐵鋰開始向三元鋰過渡,并已有相應車型落地。而吉利、眾泰以及奇瑞等整車廠則直接切入三元鋰離子電池。對標國際主流的新能源車型特斯拉ModelS,寶馬i3、以及日產的Leaf均更加重視續航里程而采用三元鋰離子電池。


當下磷酸鐵鋰是主流,技術路線商乘分化,客車以磷酸鐵鋰為主,乘用車以三元鋰(NCM)為主;從各個電池類型的出貨量來看,磷酸鐵鋰出貨量仍然占據主流,2016年磷酸鐵鋰出貨量達到20.33GWh,占比高達72.49%,三元鋰出貨量達到6.29GWh,占比達到22.44%,而其余的錳酸鋰、鈦酸鋰等目前占比仍然較小。


從細分車型來看,新能源乘用車三元電池使用占比已經超過磷酸鐵鋰達到57%,而在新能源客車領域磷酸鐵鋰占比高達93%仍然是最為主流的電池技術路線。新能源客車之所以選擇磷酸鐵鋰,重要由于新能源客車對使用壽命、安全性以及功率要求更高,續航里程以及運營線路較為固定從而可以在電池容量上做出一定讓步。而乘用車作為個人使用,在下游充電樁尚未大面積普及時對續航里程要求較高,三元材料較弱的穩定性可以通過搭載性能優異的熱管理系統加以彌補。


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