2020年，在成本、安全、續(xù)航的多方博弈下，磷酸鐵鋰、高鎳技術路線都在相應市場和領域受到關注，且頻頻成為業(yè)界競相討論的焦點。貌似中鎳三元有點不受待見了，實則非然。中鎳三元材料正在以另一種“形貌”出現(xiàn)，并大有反攻之勢。那就是單晶中鎳三元體系。

從電池生產企業(yè)來看，2020年寧德時代、欣旺達、瑞浦能源、領湃新能源都推出了基于中鎳的單晶三元電池；材料端，單晶5系、6系已成為當升科技、格林美、中偉股份、長遠鋰科、貴州振華、容百科技、廈門鎢業(yè)等眾多正極材料企業(yè)的拳頭產品。值得一提的是，特斯拉在2020年4月也申報了一項單晶鎳鈷鋁電極專利獲批，可使電池循環(huán)壽命超過4000次，電池生命周期內續(xù)航可超過160萬公里。

而電池頭部企業(yè)及造車新勢力接連推出中鎳三元產品，則有望帶動中鎳三元電池的反包圍。

安全、成本、壽命皆優(yōu) 單晶中鎳悄然起勢

提升動力電池能量密度一直是電池技術演化的重要方向。過去幾年，在補貼政策導向下，動力電池能量密度逐年提升，材料體系也從最初的磷酸鐵鋰，到三元電池。三元電池材料也從NCM111到NCM523、622，再到目前的811，甚至超高鎳。鎳的含量逐步提高，電池能量密度也隨之提升，這也一直是三元正極材料主流的發(fā)展方向。

但問題來了，鎳越高，電芯能量密度越大，但鈷被迫減少，電池的安全風險也隨之陡增。盡管NCM811電池近兩年已經開始批量化裝車，但業(yè)界普遍認為，NCM811產品在安全性能和成本上還需要繼續(xù)迭代和改善，尚不具備技術積淀的企業(yè)在這一技術產品應用上還需謹小慎微。

在現(xiàn)有材料和技術路線下，提高鎳含量也并非提升電芯能量密度的唯一法門。提高正極材料電壓，也是可選項之一。相對多晶材料，單晶材料更適合做高電壓。同時，單晶材料內部沒有晶界，可提升三元材料的循環(huán)穩(wěn)定性，對延長電池的循環(huán)壽命也算額外的驚喜。

此外，中鎳三元材料因鎳含量相對高鎳較低，且鈷含量也較高，本身安全性就足夠有保證。再加上單晶材料產熱較少，穩(wěn)定性高，其安全性性能要遠高于高鎳材料。

在制備成本上，目前單晶中鎳材料生產工藝相對于多晶材料更為復雜，材料價格也相對較高。但如果與高鎳材料的制備成本相比，仍然占有優(yōu)勢。

事實上，在鎳鈷錳比例相同的情況下，單晶三元材料克容量稍低于多晶三元材料，但由于其電壓更高，因此材料整體能量密度已經和目前高鎳三元材料差不多。

能量密度接近，安全性、循環(huán)性能更優(yōu)，同時成本也更低。這些因素也促使單晶中鎳三元材料市場占比開始上升。行業(yè)數(shù)據(jù)顯示，2019年中國市場三元正極材料出貨量中，單晶三元正極材料出貨量已超過50％。

目前來看，市場上主要的單晶三元正極材料主要以鎳5系、6系為主，3系以及高鎳三元占比可忽略不計。

多家企業(yè)悄悄推出單晶中鎳三元產品 市場熱度起升

2020年11月，國內造車新勢力蔚來上線了100kWh電池包。據(jù)悉，該電池包可實現(xiàn)“無熱蔓延”，也就是寧德時代此前宣布的“只冒煙不起火”電池。值得注意的是，該款電池電芯采用的是寧德時代“鎳55三元電芯”。

當然，這并非寧德時代首次亮相其單晶鎳5系電池產品。結合寧德時代在2020年7月為上汽榮威ER 6配套的NCM523電池，其電芯能量密度243Wh／kg；8月為吉利幾何C配套的高電壓NCM523電芯。可以推測寧德時代2020年已開始大批量為車企供應單晶鎳5系電池。

2020年11月，欣旺達對外發(fā)布了“不起火”三元電池包。據(jù)悉，該電池包內電芯的正極材料采用的也是5系的單晶高電壓三元材料——鎳5X正極材料。據(jù)欣旺達相關負責人透露，欣旺達采用單晶高電壓鎳5X體系材料，產熱比其它體系要低至少18％；熱穩(wěn)定性（熱失控溫度）也比其它體系高30％以上；能量密度方面，由于單晶材料電壓更高，通過提升單晶材料電壓，鎳5X能量密度已經接近目前的高鎳材料體系。

同在去年11月，動力電池新勢力領湃新能源發(fā)布的首款新品也是基于高電壓中鎳材料打造的鎳6系產品。據(jù)領湃新能源介紹，之所以選擇高電壓中鎳產品，主要是基于兩個方面的考慮：首先是能量密度高，通過高電壓和中鎳結合，能夠達到高鎳體系的水平；第二是安全性好，中鎳的安全性會比高鎳體系更有優(yōu)勢。

同在去年，瑞浦能源也推出了高電壓4．35V Ni55＋石墨體系產品，相關產品電芯能量密度已做到245Wh／kg，且開始批量裝車應用。據(jù)瑞浦能源介紹，單晶鎳5系產品在能量密度上已與目前的NCM811接近，但是在循環(huán)壽命、安全性能和成本上卻較目前的NCM811有明顯優(yōu)勢。

去年4月，特斯拉申請了一項單晶鎳鈷鋁（NCA）電極專利。專利顯示，使用該技術，電池在其生命周期內可以循環(huán)充電4000余次，全生命周期續(xù)航將超過160萬公里。

除了在單晶三元材料方面，2020年，蜂巢能源推出的“無鈷電池”，星恒電源推出的星恒超鋰S7也同樣采用了單晶技術，單晶在多種材料體系中均已經得到拓展。

單晶中鎳在安全、能量密度、成本、循環(huán)壽命上的綜合優(yōu)勢突出，也早已引得上游材料企業(yè)的關注和研發(fā)努力。近日，格林美在接受機構調研時表示，公司主要生產高鎳與單晶高端產品，目前已建成高鎳與單晶高端產品13萬噸／年產能；據(jù)當升科技透露，公司開發(fā)的單晶高電壓多元6系產品已獲得眾多國內外客戶的高度認可；容百科技也表示，公司一直以來以高鎳和單晶三元正極材料為主要研發(fā)方向，在單晶正極材料方面，過去幾年公司依次實現(xiàn)了單晶NCM523、單晶NCM622的產業(yè)化，后續(xù)單晶型NCM811和高能量型NCA等產品產業(yè)化正在推進中。

單晶中鎳材料的悄然走熱，也讓我們看到一種現(xiàn)象，在2020年，多家車企“重回”NCM523體系。當然，這只是電池企業(yè)在綜合車企、消費者的現(xiàn)實訴求后，進行的技術創(chuàng)新所致。

高安全性、高能量密度、長循環(huán)壽命以及低成本是車企對于電池的需求，也是電池技術發(fā)展的趨勢。目前主流的磷酸鐵鋰、中鎳三元、高鎳三元等電池技術路線，都可以破解一到幾個方面的訴求，但很難同時破解所有訴求。這也是目前多種電池技術在不同場景表現(xiàn)完全不同的重要原因。

單晶中鎳三元目前在經濟性、安全性、能量密度、循環(huán)壽命等多個維度實現(xiàn)了較好的平衡，目前以寧德時代、欣旺達、瑞浦能源等為代表的多家電池制造企業(yè)已經開始大量導入和生產，預計接下來鎳5系、6系等中鎳體系的高電壓單晶材料將是多家電池企業(yè)布局的重點技術路線之一，這將帶動中鎳三元市場份額重新回升。

當然，并非巨頭們開始推出單晶中鎳，就放緩了高鎳的推進速度。動力電池能量密度的提升仍然是大方向，2020年寧德時代、LG化學、松下電池、SKI、三星SDI、特斯拉等國際巨頭或已經量產了高鎳（以NCM811為主）電池，或對外界釋放了高鎳、超高鎳材料電池的量產時間表。在三元電池賽道上，高鎳化目前仍然是重要方向，在追求續(xù)航里程的大前提下，動力電池高鎳化方向未來一段時期內應該不會動搖，關鍵是如何做到既安全可靠又具經濟性。相信，這也是眾多電池企業(yè)未來技術競爭角逐的重要領地。

責任編輯：xj