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(chǎng)和領(lǐng)域受到關(guān)注，且頻頻成為業(yè)界競(jìng)相討論的焦點(diǎn)。貌似中鎳三元有點(diǎn)不受待見(jiàn)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(shì)。那就是單晶中鎳三元體系。

從電池生產(chǎn)企業(yè)來(lái)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(zhǎng)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(guò)4000次，電池生命周期內(nèi)續(xù)航可超過(guò)160萬(wàn)公里。

而電池頭部企業(yè)及造車新勢(shì)力接連推出中鎳三元產(chǎn)品，則有望帶動(dòng)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(shì)

提升動(dòng)力電池能量密度一直是電池技術(shù)演化的重要方向。過(guò)去幾年，在補(bǔ)貼政策導(dǎo)向下，動(dòng)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(wèn)題來(lái)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(duì)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(méi)有晶界，可提升三元材料的循環(huán)穩(wěn)定性，對(duì)延長(zhǎng)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(duì)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(duì)于多晶材料更為復(fù)雜，材料價(jià)格也相對(duì)較高。但如果與高鎳材料的制備成本相比，仍然占有優(yōu)勢(shì)。

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(chǎng)占比開始上升。行業(yè)數(shù)據(jù)顯示，2019年中國(guó)市場(chǎng)三元正極材料出貨量中，單晶三元正極材料出貨量已超過(guò)50％。

目前來(lái)看，市場(chǎng)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(chǎng)熱度起升

2020年11月，國(guó)內(nèi)造車新勢(shì)力蔚來(lái)上線了100kWh電池包。據(jù)悉，該電池包可實(shí)現(xiàn)“無(wú)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(cè)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(duì)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(guò)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(dòng)力電池新勢(shì)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(guò)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(huì)比高鎳體系更有優(yōu)勢(shì)。

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(shì)。

去年4月，特斯拉申請(qǐng)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(guò)160萬(wàn)公里。

除了在單晶三元材料方面，2020年，蜂巢能源推出的“無(wú)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(shì)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(wàn)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(guó)內(nèi)外客戶的高度認(rèn)可；容百科技也表示，公司一直以來(lái)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(guò)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(zhǎng)循環(huán)壽命以及低成本是車企對(duì)于電池的需求，也是電池技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。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(chǎng)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(lái)鎳5系、6系等中鎳體系的高電壓?jiǎn)尉Р牧蠈⑹嵌嗉译姵仄髽I(yè)布局的重點(diǎn)技術(shù)路線之一，這將帶動(dòng)中鎳三元市場(chǎng)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(dòng)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(guó)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(dòng)力電池高鎳化方向未來(lái)一段時(shí)期內(nèi)應(yīng)該不會(huì)動(dòng)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(lái)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)角逐的重要領(lǐng)地。

責(zé)任編輯：xj