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宁德时代镍55电芯“攻势”汹涌

2020-11-10 15:35:21

在技术进步的背景下,三元5系电芯又迎来新一波机遇。

11月6日,蔚来汽车上线了100kWh电池包。据悉,该电池包可实现“无热蔓延”,也就是宁德时代此前宣布的“只冒烟不起火”电池。当然,最值得关注的是该款电池电芯采用的是宁德时代“镍55三元电芯”,叠加宁德时代的CTP成组技术,使得蔚来这款100kWh电池包在多个方面性能突出。

在小编看来,宁德时代镍55三元电芯或是这次蔚来100kWh电池包发布会无意中释放的重要信号。这或许能表明,宁德时代在提升能量密度、降低成本以及提升安全性上,对单晶三元材料的研发和应用已经有长足发展。

为什么这么说?因为从材料来看,单晶正极材料相对于多晶正极材料更适合做高电压,通过高电压可以使得单晶5系材料能量密度更高;另外Ni55(镍55)本身是单晶材料中的一种型号。

宁德时代在之前给蔚来配套的84kWh电池包采用的是NCM811电芯。现在100kWh电池包又回归到5系,应该是在成本、安全等多重因素下考量的结果。正如蔚来汽车发布会上所指出的,这款电池包可以实现只冒烟、不起火,实现真正的高安全。想必这也是宁德时代在更高安全,更优成本上的尝试。值得注意的是,上个月,宁德时代已经透露,其设计开发的NCM811电池系统已可轻松通过热扩散测试,时间不是5分钟,而是永远不起火。相信,在Ni55的成熟应用基础上,未来高镍如8系的趋势也是不起火,更优的成本,以及更高的能量密度。

事实上,结合宁德时代此前为荣威ER 6和几何C两款新车配套的高电压NCM523电池,系统能量密度都提升到180Wh/kg以上,小编猜测,宁德时代单晶5系三元电芯可能已经规模起量了。我们这里打算延伸一下单晶5系三元材料的讨论。

能量密度可提升,成本更优、更稳定的单晶中镍受关注

从材料端来看,提升正极材料的能量密度无外乎两种路线:一种是提高材料的克容量,对应的是高镍化路线,三元正极材料从523到622再到811即是如此,随着镍含量的不断提升,克容量也不断提升;另一种是提升材料的电压,对应的主要是单晶化路线。

事实上,就目前来看单晶材料在循环性能、热稳定性、安全、成本上相对于多晶高镍材料都有优势,在车企追求高安全、低成本的推动下,电池企业自然也将单晶中镍材料作为重要研发方向之一。

数据显示,国内单晶三元材料真正大规模上量的时间点在2017年下半年,2017年中国市场单晶三元正极材料产量不足万吨,进入2018年以后,国内单晶三元材料产量迅速增长,年产量跃升至4.9万吨左右,且90%以上的单晶三元材料应用在动力电池领域;2019年,这一数字攀升到7.9万吨。

国内单晶三元材料快速增长,正是因为宁德时代等国内电池头部生产企业开始在动力电池上使用单晶三元材料作为正极材料。

之所以不少电池企业开始关注到单晶三元材料,也正是因为在不改变电池材料稳定性的前提下,仅通过提升材料的电压,就可以实现材料能量密度的提升。

据媒体报道,高电压523+CTP也是宁德时代布局的电池技术路线之一。

今年7月底开启预售的上汽荣威ER 6,其搭载的就是宁德时代NCM523电芯,电芯能量密度为243Wh/kg;8月初上市的几何C,搭载的电芯也是宁德时代5系高电压电芯。据业内媒体报道,宁德时代利用5系高电压正极材料,单体电压由4.3V提升至4.35V,电芯能量密度得到提升,小编推测这两款车搭载的电芯可能都是宁德时代Ni55电芯。

事实上,从荣威ER 6搭载的5系三元电芯能量密度来看,其已经比较接近目前的高镍电芯水平。

另外,高电压5系电芯还有一个优势,就是成本比NCM811要低。机构给出的数据显示,目前镍55三元单晶高电压材料成本要比NCM811低15%左右。

在蔚来汽车100kWh发布会上,蔚来汽车联合创始人、总裁秦力洪也向媒体证实了这一点,目前采用NCM811电芯的蔚来84kWh电池包单位成本要比采用镍55电芯的100kWh电池包和采用传统NCM523电芯的70kWh电池包都要高。

CTP助力 单晶中镍优势仍明显

对于电池包来说,提升系统能量密度,除了材料端着手,近两年通过结构优化改进已成为业内企业尝试的重要手段。通过单晶材料高电压解决了中镍5系三元材料能量密度低的难题,而配合CTP技术,则又可以进一步提升电池包的系统能量密度,进一步拓宽了高电压5系三元材料的市场空间。

据蔚来汽车介绍,100kWh电池包采用高度集成化CTP技术,通过工艺的改善,电池包内零部件减少了40%,体积利用率提升了19.8%,系统能量密度提高了37%,而从工艺的提升和空间利用率上,可以让同等尺寸的电池包整体电量相比70度电池提升42%。换言之,同样尺寸电池包,采用三元5系材料就可以将电量提升30度,CTP工艺的贡献确实不小。

事实上,前面提到的荣威ER6、几何C两款车的系统能量密度提升也同样明显。如荣威ER6系统能量密度达到180Wh/kg;几何C的系统能量密度达到183Wh/kg。这两款车使得搭载NCM523三元电芯实现如此高的系统能量密度,CTP应该功不可没。

当然,除了提升系统能量密度,CTP在降本方面的成效也是显而易见的。从成本来看,由于省去了模组环节的线束、盖板等零部件,整个电池包零件数量减少了40%,生产效率提升了50%,CTP电池包的物料成本与制造成本都有明显下降。

从荣威ER6、几何C,包括这次蔚来发布的100kWh电池包,都采用了5系三元材料,可以看出在高电压和CTP技术加持下,车辆续航里程可以提升到600㎞左右,使得坐拥成本、安全优势的5系三元材料在这一续航里程区间的市场竞争力更强。当然,我们也要清楚,通过高电压、单晶、CTP等技术,能帮助5系材料在能量密度上提升的空间依然有限,材料本身的局限性并不能忽略。为满足更高续航、更多电量需求可能仍然需高镍化技术路线,仍需要不断突破材料本身瓶颈,以及降低对于钴资源依赖的重要方向。


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