三元短期地位不改 锂电池将迎“高镍时代”

日前，某证券发布了《江南网页版登录入口官网下载 将迎全球放量，上游供需持续吃紧》的分析报告。在该报告中，该证券分析认为，三元短期地位不改，811技术全面普及仍需时日，未来或将成为动力电池的主流；2019年后，金属锂和钴将持续吃紧，由于原材料的价格上涨，倒逼锂电池将向811技术迈进。

三元短期地位不改，811技术全面普及仍需时日

常见锂离子电池正极材料及性能参数

三元材料目前是动力电池最优之选。自锂离子电池技术普及以来，学术界出现了各种各样的电池体系，但是从实际应用来看，目前负极材料多选择石墨，而正极材料主流为钴酸锂、磷酸铁锂、三元、锰酸锂等材料。动力电池要求材料具有较高的能量密度（对应高续航里程）和高安全性，而钴酸锂由于其本身热稳定性最差（安全性差），不适用于动力电池领域（但凭借高压实密度和能量密度目前是3C 领域主流），而锰酸锂能量密度较低应用受限，磷酸铁锂作为较早研发的技术，优点是安全性极好、环保、循环寿命高，但缺点在于能量密度较低且已经接近达到天花板，而三元本身有着高能量密度上限的优势，未来随着技术继续进步，安全性问题逐步改善，在其他电池技术未实现重大突破之前，三元目前仍然是动力电池领域最优之选。

高镍三元短期普及仍有瓶颈，未来或成为动力电池主流。三元材料指是层状镍钴锰酸复合材料（锰也可替换为铝，松下NCA 技术），三元材料经过Ni-Co-Mn的协同作用（Ni 提升比容量，Co提升离子导电性和倍率性能，Mn稳定结构），结合了三种材料的优点：LiCoO2的良好循环性能，LiNiO2高比容量和LiMnO2的高安全性及低成本。

钴主要起到提升导电性和倍率性能的作用，并在高电压下提供部分容量，在三元材料体系中起到关键作用。按照镍钴锰的比例，三元可以分为111、523、622、811等，由于镍主要作用提升能量密度，故高镍三元材料（如622/811）的研发成为目前热点。分厂商来看，目前国内普遍在研发三元622和811技术，还未大规模量产，从国外来看，仅松下等几家技术最领先公司有高镍三元量产技术（松下NCA给特斯拉供货，NCA比例8:1.5:0.5）。从技术角度来看，随着三元中镍含量的提升，Ni+2/Li+1 离子混排加剧，材料的结构稳定性降低，导致循环寿命和安全性大幅降低。

该证券总结了国内高镍三元难以短期大规模普及原因如下：

2016年中国动力电池出货量分电池比例

从技术角度：高镍三元随着镍比例提升，镍锂离子混排加剧，Ni+2混排在Li层，降低了放电比容量，阻碍了锂离子的扩散；同时由于镍在脱嵌锂过程中相变导致明显的体积变化，从而使材料结构稳定性变差，循环寿命下降；高镍正极表面更容易形成碳酸锂等杂质（镍含量超过60%后明显增多），从而与电解液发生副反应降低循环寿命，高温严重会导致胀气；随着镍增加，正极材料热稳定性降低，且放热增加，材料热稳定性变差；不同材料体系需要匹配不同电解液配方，而高镍三元由于表面杂质增多，其需要更为优化的电解液配方，而从国内技术来看电解液匹配问题也是一大难题。从应用角度：高镍三元材料由于其固有属性如结构不稳定，热稳定性和循环寿命都较差，从目前国内厂家研发进度来看，目前还没有完全解决高镍材料实际应用时的安全性问题；由于高镍三元材料在电池组装时不能接触空气，需要纯氧氛围，而由于国内电池企业都是从三元NCM111开始起步，NCM111组装并不需要纯氧氛围，所以国内电池厂几乎没有氧烧工艺，而为了量产NCM811就必须重新设计厂房和设备，而装备制造工艺的落后也是制约NCM811量产的一大难题。