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一文带你看懂正极材料的上游与下游
2017-10-18 12:22:00
关键词:正极材料 上游 下游

一文带你看懂正极材料的上游与下游


  一、正极材料四大类

  正极材料主要是为电池提供锂离子,在充电时正极材料锂离子脱离到负极,放电时锂离子经过电解液回到正极,使得负极材料在获得与释放锂离子时相对正极材料产生电位差从而形成工作电压。

  电池的能量密度主要由正极材料决定。正极材料种类较多,主要包括磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂以及三元锂,其中三元锂分为镍钴锰NCM以及镍钴铝NCA,其中镍钴锰三元电池依据各个元素的相对占比可细分为NCM333、NCM523、NCM622以及NCM811,由于三元材料使用了钴等贵金属,因此成本相对较高。

  二、正极材料发展状况

  动力电池发展初期磷酸铁锂最为主流,主要由于其原材料国内储备丰富、循环寿命长且安全性能优异,但是磷酸铁锂能量密度较低,电池比能量位于100-120Wh/kg区间,上限最多达到160Wh/kg,从而制约纯电动汽车的续航里程。

  2017年工信部发布《汽车产业中长期发展规划》指出在2020年动力电池单体比能量需达到300Wh/kg,力争达到350Wh/kg,系统比能量力争达到260Wh/kg,而到2025年动力电池系统比能量达到350Wh/kg,基于现阶段的磷酸铁锂比容量正极远无法达到该标准。

  三元锂电池因为综合了镍带来的高容量、钴和锰带来的高材料稳定性,综合性能有所提升,尤其是比能量较高位于150-200Wh/kg区间,目前市场使用占比逐年提升,预计后期仍将持续上升。但三元材料的热稳定性相对较差,在200℃外界温度下易分解释放出氧气从而为电池高温助燃,而磷酸铁锂分解温度约在700℃并且不会释放氧气,因此从热稳定性(同时也是安全性)来看,磷酸铁锂优势显著。

  目前基于安全性以及行驶里程较为固定的缘故,商用车仍然较多使用磷酸铁锂,而乘用车逐步由磷酸铁锂切换到三元锂技术路线。对于三元锂而言,镍含量的提升能够提升电池比容量,同时降低电池材料的成本,但也会进一步降低热稳定性。

  我们认为,电池的容量和热稳定性是当下电池所面临的一对技术矛盾,而续航里程是纯电动汽车当下阶段最为关注的核心指标,在比能量和热稳定性的权衡上,正极材料的比能量提升技术难度边际递增,而热稳定性短板可通过配套使用效率较高的热管理系统加以弥补。因此高比能量而热稳定性相对较弱的技术路线有望成为后期技术主流,具体表现为:一方面三元材料的使用占比提升,一方面“低钴高镍”化将成为三元电池的后期趋势。


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  三、正极材料下游使用情况

  从目前主流整车厂的电池技术路线可以看出,比亚迪、上汽、江淮以及北汽之前主要是以磷酸铁锂技术路线为主,目前比亚迪逐步扩充三元锂产能,后期磷酸铁锂产能主要分配给客车,而新扩建的三元锂产能主要分配给乘用车。上汽新推出的荣威ERX5搭载的同样也是三元锂电池,而之前的E550搭载的为磷酸铁锂,由此可见,比亚迪、上汽、北汽等主流整车厂的新能源乘用车逐步从磷酸铁锂开始向三元锂过渡,并已有相应车型落地。而吉利、众泰以及奇瑞等整车厂则直接切入三元锂电池。对标国际主流的新能源车型特斯拉ModelS,宝马i3、以及日产的Leaf均更加注重续航里程而采用三元锂电池。

  当下磷酸铁锂是主流,技术路线商乘分化,客车以磷酸铁锂为主,乘用车以三元锂(NCM)为主;从各个电池类型的出货量来看,磷酸铁锂出货量仍然占据主流,2016年磷酸铁锂出货量达到20.33GWh,占比高达72.49%,三元锂出货量达到6.29GWh,占比达到22.44%,而其余的锰酸锂、钛酸锂等目前占比仍然较小。

  从细分车型来看,新能源乘用车三元电池使用占比已经超过磷酸铁锂达到57%,而在新能源客车领域磷酸铁锂占比高达93%仍然是最为主流的电池技术路线。新能源客车之所以选择磷酸铁锂,主要由于新能源客车对使用寿命、安全性以及功率要求更高,续航里程以及运营线路较为固定从而可以在电池容量上做出一定让步。而乘用车作为个人使用,在下游充电桩尚未大面积普及时对续航里程要求较高,三元材料较弱的稳定性可以通过搭载性能优异的热管理系统加以弥补。


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稿件来源: 国信证券
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