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新能源汽車的核心材料探析
2020-01-03
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汽車行業正在發生結構性變化,正在經歷新能源汽車對傳統燃油車的替代中,2017年,傳統燃油車產銷約3900萬輛,其中新能源產銷約77萬輛。據計算,到2030年,汽車年產銷約達到3500萬輛,屆時新能源汽車將達到約1700萬輛。依上述數據計算,未來12年,新能源汽車產銷年均復合增長率(CAGR)為29%。新能源汽車中最核心的是動力電池,成本上,動力電池約占總成本的40%。動力電池主要包括四大材料:正負極材料、電解液、隔膜。其中正負極材料直接決定能量密度的理論上限,能量密度和續航里程是新能源汽車性能的核心指標,再加上正負極材料占動力電池成本的約50%??紤]到負極材料比較成熟,目前正負極材料的主要技術難題和成本集中在正極材料上,因此本文探討一下正極材料。
◆◆技術角度◆◆
現在技術成熟度較高的正極材料根據晶體結構不同可分為磷酸鐵鋰(LFP)、錳酸鋰(LMO)、鈷酸鋰(LCO),和三元材料 鎳鈷錳酸鋰(NMC)及鎳鈷鋁酸鋰(NCA)。三元材料因為具有較大的比容量和較高的對鋰電壓而適宜制造高能量密度電池;磷酸鐵鋰具備功率、安全和壽命優勢且成本較低,但較低的比容量和較低的對鋰電壓導致能量不足;錳酸鋰在功率和價格方面有優勢,但能量和壽命短板較明顯。
新能源汽車對電池系統能量密度和整車續航里程逐筆提高的要求直接導致鋰離子電池正極材料的結構從以磷酸鐵鋰為主向三元材料占比提升過度。
鎳鈷錳酸鋰三元材料中,不同的金屬離子具有不同的作用:鈷離子影響材料導電性,用于提高材料的倍率和循環性能;錳用于穩定材料結構并提高安全性;鎳在約4.4V電壓以下充放電改變價態,用于提高材料的比容量??梢?,出于增加正極材料比容量,降低原材料成本兩方面考慮,增加鎳含量,減少鈷和錳含量稱為研究鎳鈷錳酸鋰三元材料的重點,并形成了Ni:Mn:Co從1:1:1到5:3:2(NMC532)到6:2:2(NMC622)到8:1:1(NMC811)。
NCM811燒結過程對環境控制極為嚴苛,同時設備與622/523不直接通用。因此,NCM811趨勢下,真正具備技術優勢的龍頭將進一步脫穎而出。
動力鋰離子電池正極材料CR8在40%到50%之間,市場集中度將提升;未來一段時間內,三元材料將繼續提高其總量和市場份額;短期內NMC532是三元材料的主流,2018-2020年NMC622占比將大幅提高;鑒于NMC811和NCA相對較高的技術研發門檻和大規模量產難度,預計NMC811和NCA二者市占率爆發的時間點約為2020年。
◆◆市場角度◆◆
在目前主要的正極材料——三元材料和磷酸鐵鋰電池——中,要實現2020年動力電池單體能量密度達到300Wh/kg、電動汽車長續航里程和較低成本的目標,考慮到磷酸鐵鋰能量密度存在瓶頸,可挖掘潛力有限,在現有技術體系下,三元材料成為技術發展主流線路。
在三原材料中,隨著技術進步、高能量密度要求倒逼和鈷價帶來的降本需求,高鎳低鈷化趨勢愈發明顯。對于三元材料,鈷含量的高低直接決定了其大部分的原材料成本。在鈷的供應上,鈷資源供給剛性。鈷礦主要集中在剛果,且鈷貿易商等對鈷價的掌控力大,加上鈷具備投資屬性,因此產業鏈電池廠或整車廠跨過材料廠商與上游鈷資源廠商簽訂采購協議,保障原材料供應。短期鈷價格有所松動,主要系投資屬性上鈷貿易商拋貨的因素,且今年上半年鋰電中游去庫存。整體看,鈷價格長期大幅向下可能性不大。從三元正極材料來說,價格短期有所回調,長期來看,預計仍然受到上游鈷資源價格影響。
在實際的應用上,從正極材料發展來看,NCM333->NCM523->NCM811,展現出這樣一個特點:鈷含量占比逐漸降低,原材料成本也依次降低,同時鎳含量占比逐漸提升,性能逐漸提高??深A測,在未來,出于繼續降低成本提高質量的考量,NCM811的完全量產是整機廠商的真正目標。
目前,行業依舊以NCM523為主,NCM622及以上正在提升。能量密度上,NCM523可達到140Wh/kg左右的成組效率,NCM622及以上的正極材料能達到160 Wh/kg左右的成組效率。但據2017年4月25日工信部、發改委、科技部聯合印發《汽車產業中長期發展規劃》的通知,到2020年,新能源汽車動力電池單體比能量達到300Wh/kg以上,力爭實現350Wh/kg,系統比能量力爭達到260Wh/kg,到2025年動力電池系統比能量達到350Wh/kg。因此,160Wh/kg仍不是最終選擇。從上文也可知,技術難度更高的NCM811能量密度更高,是更好的選擇。
相對應的供給方面,2018年NCM811的規劃產能出現大幅提升。其中寧波容百技術與產能優勢較為顯著,杉杉股份、貝特瑞、當升科技已經完成完成NCM811量產,其余二線正極企業加速跟進。
據高工鋰電數據,2017年我國正極材料CR5為32.5%,CR10為53.6%;2018年H1我國正極材料CR5為37.1%,CR10為58.6%,市場集中度有所提升。未來隨著高鎳三元材料滲透率以及技術門檻的提升,少數具備量產技術的龍頭企業市場份額有望提升,國內正極材料分散競爭格局有望得以改善,工藝技術水平過硬、成本管控優異的正極龍頭。
綜上所述,目前市場上所用正極材料主要為NMC532,未來發展方向是NMC811,行業集中度CR5為37.1%,可重點關注企業為杉杉股份、貝特瑞、當升科技。
來源:產城觀察網
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