NCM811能“擔(dān)”起新能源汽車的未來(lái)嗎？

在新能源汽車中，動(dòng)力電池仍然是純電動(dòng)汽車的核心零部件，在整車的價(jià)值中占比頗高。雖然近幾年來(lái)動(dòng)力電池的價(jià)格在逐年下降，且高端車配套的增值服務(wù)，或者配件會(huì)攤薄動(dòng)力電池的價(jià)值占比，但即便是這樣，目前動(dòng)力電池仍然在純電動(dòng)汽車中的價(jià)值占比最高的超過(guò)了40%。

就拿2019年市場(chǎng)上推出的主流代表車型來(lái)說(shuō)，華泰證券研究所的分析師對(duì)比亞迪秦Pro、吉利幾何A、北汽EU5、廣汽Aion S、特斯拉model3的電池成本與整車成本進(jìn)行了比較，詳細(xì)見(jiàn)表1.

表1：2019年主流車型的電池價(jià)值占比測(cè)算。

既然動(dòng)力電池在純電動(dòng)汽車中的價(jià)值如此之高，那動(dòng)力電池目前的發(fā)展?fàn)顩r如何呢？隨著電池技術(shù)的進(jìn)步，長(zhǎng)續(xù)航里程的純電動(dòng)汽車將是新能源汽車發(fā)展的最終目標(biāo)。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，就需要更高能量密度的電池，來(lái)滿足更高的續(xù)航里程。

目前常用的動(dòng)力電池包括鋰離子電池、鎳氫電池，以及燃料電池。不同的電池，特點(diǎn)不用，應(yīng)用領(lǐng)域也不相同，比如鎳氫電池功率和安全性能較高，在混合動(dòng)力汽車中發(fā)揮優(yōu)勢(shì)；鋰離子電池能量密度較高，且可以繼續(xù)提升，是純電動(dòng)汽車的首選；燃料電池加氫速度快，可以更快地完成能量補(bǔ)充過(guò)程。

長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，新能源汽車對(duì)動(dòng)力電池的需求將向著高能量密度（包括質(zhì)量能量密度和體積能量密度）、高安全性發(fā)展，同時(shí)需要解決其充電時(shí)間比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)加油時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題。

我們從寧德時(shí)代公布的一個(gè)動(dòng)力電池能量密度發(fā)展規(guī)劃圖也可以看出，未來(lái)動(dòng)力電池發(fā)展的路徑大致會(huì)是：鎳氫電池-傳統(tǒng)鋰離子電池-全固態(tài)鋰離子電池-燃料電池-鋰空氣電池的進(jìn)程。

圖1：寧德時(shí)代公布的動(dòng)力電池能量密度開(kāi)發(fā)路線圖。

就目前而言，鋰離子電池還處于液態(tài)鋰離子電池體系下，但在高能量密度需求，以及低鈷化降成本需求下，趨勢(shì)動(dòng)力電池向高鎳三元方向發(fā)展。

2016年到2018年，新能源乘用車產(chǎn)量在逐年增加，三元鋰電池裝機(jī)量也一路攀升，2018年動(dòng)力電池裝機(jī)量達(dá)到56.4GWh，三元鋰電池裝機(jī)量為33.5GWh，占比近60%，首次超過(guò)了磷酸鐵鋰鋰電池成為市占第一的動(dòng)力鋰電池。

目前不論是國(guó)際，還是國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池企業(yè)，都朝著300Wh/Kg的能量密度目標(biāo)邁進(jìn)，在三元鋰電池中，必須向高鎳方向挺進(jìn)才能實(shí)現(xiàn)。而在高鎳三元鋰電池上，目前有兩種路線，分別是鎳鈷鋁（NCA）體系和鎳鈷錳（NCM）體系。其中NCA主要是松下配套給特斯拉在用，其余大部分都是NCM體系。

NCM是指正極材料由鎳鈷錳三種材料由一定比例組合而成。在高鎳三元材料中，鎳的主要作用是提供電池容量，其含量越高，電池的能量密度就越大；鈷元素在共獻(xiàn)一部分容量的同時(shí)，起穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用；錳/鋁主要用來(lái)穩(wěn)定三元體系結(jié)構(gòu)。

目前，全球的三元?jiǎng)恿︿囯姵囟奸_(kāi)始從中低鎳（如3：3：3；5：2：3）向高鎳（如6：2：2往8：1：1）轉(zhuǎn)換。

NCA的正極材料是由鎳鈷鋁構(gòu)成，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NCA體系中，鎳含量可以得到一定提升，從而實(shí)現(xiàn)更高的電池能量密度。至于NCA中鎳的含量，不同企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)有所區(qū)別，但鎳含量的占比至少在80%以上。由于NCM811與NCA動(dòng)力電池能量密度相對(duì)更高，續(xù)航能力更強(qiáng)，所以成為了近幾年電動(dòng)汽車電池在新能源補(bǔ)貼環(huán)境下進(jìn)行技術(shù)突破的首選。

目前，由于日本的NCA電池技術(shù)發(fā)展較為成熟，主要是以松下為代表的日本企業(yè)在主推NCA電池的生產(chǎn)。中國(guó)企業(yè)與韓國(guó)企業(yè)則更偏好大力發(fā)展NCM811。造成這一現(xiàn)象的原因是什么呢？

NCA與NCM811在生產(chǎn)工藝與成本上會(huì)體現(xiàn)出部分差異。

NCM811的合成方法主要是高溫固相燒結(jié)法，穩(wěn)定性和安全性能相較于NCA稍差，此外，其儲(chǔ)存和加工條件也十分苛刻。

NCA電池的克容量相比于NCM811要稍高，安全性能相對(duì)更好，但對(duì)制作工藝水準(zhǔn)要求高且實(shí)際生產(chǎn)成本較NCM811更高。NCA容易在高溫下發(fā)生崩塌導(dǎo)致熱失控，且pH 值過(guò)高易使單體脹氣，進(jìn)而可能引發(fā)危險(xiǎn)。

目前國(guó)內(nèi)NCM811電池的量產(chǎn)代表企業(yè)為比克電池，其生產(chǎn)的NCM811電池已經(jīng)與江淮、小鵬汽車等實(shí)現(xiàn)合作。

寧德時(shí)代的NCM811電池也已經(jīng)在給廣汽新能源Aion S供貨了。寧德時(shí)代的這款NCM811動(dòng)力電池的電芯能量密度為240Wh/Kg，Pack能量密度達(dá)到了170Wh/Kg，工況續(xù)航里程達(dá)到510km。此外，寧德時(shí)代也已經(jīng)開(kāi)始批量給吉利幾何A和蔚來(lái)ES6供貨了。

比亞迪也曾經(jīng)表示今年會(huì)量產(chǎn)NCM811電池。

在國(guó)外，雖然韓國(guó)鋰電池巨頭LG化學(xué)、SKI和三星SDI都在積極備戰(zhàn)高鎳NCM811,但在產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展上卻不盡人意。比如說(shuō)SKI曾預(yù)計(jì)2018年8月份會(huì)批量生產(chǎn)用于電動(dòng)汽車的NCM811電池，但現(xiàn)在卻推遲到了今年第三季度才會(huì)正式量產(chǎn)。

而國(guó)內(nèi)NCA電池實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的企業(yè)則以天津力神與天鵬電源為代表，NCA電池系統(tǒng)能量密度最高能達(dá)到180Wh/kg，平均系統(tǒng)能量密度也已經(jīng)能達(dá)到140-160Wh/kg。

雖然中國(guó)大部分電池企業(yè)都提出正在大力發(fā)展NCM811電池，但目前在國(guó)內(nèi)真正實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)并裝車的高鎳三元電池，NCA的發(fā)展速度甚至要更快。目前，江淮、北汽新能源、長(zhǎng)安、寶駿、知豆等多款車型均已開(kāi)始配套NCA電池，電池的能量密度與整車的續(xù)航里程都得到了大幅提升。

雖然NCM811的能量密度更高了，但隨著三元材料鋰電池中鎳的比例提高，錳的比例降低，材料的熱穩(wěn)定性就會(huì)變差。

在NCM811電芯中，鎳的比例已經(jīng)達(dá)到非常高值，隨著電池使用期的增長(zhǎng)，快充次數(shù)增加，在遇到過(guò)充過(guò)放、高溫、外力沖擊等情況時(shí)，即便是電池內(nèi)部溫度還處于設(shè)定安全狀態(tài)，電芯正負(fù)極析氧或析鋰發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)等導(dǎo)致熱失控的風(fēng)險(xiǎn)都會(huì)很高，電池安全性會(huì)急速下降。

隨著 NCM811 技術(shù)研發(fā)進(jìn)程的加速，國(guó)內(nèi)企業(yè)相繼提出了一些解決NCM811安全問(wèn)題方案，并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)運(yùn)用到相應(yīng)的車型上。以寧德時(shí)代為例，該公司從電芯環(huán)節(jié)通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)和化學(xué)設(shè)計(jì)來(lái)應(yīng)對(duì)安全和熱失控問(wèn)題，而模組環(huán)節(jié)采用多個(gè)溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，電池包環(huán)節(jié)運(yùn)用業(yè)界首創(chuàng)阻燃技術(shù)進(jìn)一步解決NCM811帶來(lái)的安全問(wèn)題。目前，寧德時(shí)代NCM811電池已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，蔚來(lái) ES6 和合眾U等車型預(yù)計(jì)將在2019年下半年上市并采用該款NCM811電池。

圖2：保證NCM811電池安全性的解決方案。

雖然電池廠商和汽車制造商提出了一些解決方案，但不斷出現(xiàn)的電動(dòng)汽車燃燒事件，讓消費(fèi)者心中充滿擔(dān)憂。

有人認(rèn)為，電池不會(huì)一開(kāi)始過(guò)充或者快充就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，而有研究發(fā)現(xiàn)電池在快充300~500次之后，穩(wěn)定性會(huì)逐漸變差。因此，他們擔(dān)心這類新型動(dòng)力電池的安全性是否能夠得到足夠的保證。

關(guān)于新能源汽車的動(dòng)力電池問(wèn)題 ，筆者曾經(jīng)聽(tīng)一些從事新能源汽車的工程師說(shuō)，由于現(xiàn)在動(dòng)力電池的能量密度普遍較高，為了滿足用戶快速充電的體驗(yàn)，有的企業(yè)開(kāi)始將電池真實(shí)容量的80%標(biāo)注顯示為100%，這樣，所有的電池就都能在半小時(shí)之內(nèi)快速充電到100%了。

這種做法從法律上將并沒(méi)有什么過(guò)錯(cuò)，雖然電池沒(méi)有完全充滿，但也能達(dá)到你的使用需求，跟說(shuō)明書(shū)上標(biāo)注的續(xù)航里程數(shù)也是一致的。但筆者總感覺(jué)怪怪的。

NCM811這類高能量密度動(dòng)力電池能否讓新能源汽車更讓消費(fèi)者接受，還需要看它的安全性是否經(jīng)得起時(shí)間的考驗(yàn)。