在補貼金額與電池系統(tǒng)能量密度掛鉤的壓力之下，國內(nèi)動力公司都加緊了研發(fā)新一代高性能動力鋰離子電池的步伐。除了改進原材料屬性提升電芯單體比能量之外，做大電芯規(guī)格新增容量成為了電池公司提升能量密度最直接的方式。

當前所有的電池公司都在通過導入新材料、改進制造工藝、優(yōu)化PACK結(jié)構(gòu)方法、進行系統(tǒng)輕量化等方式提升電池能量密度，同時有多家電池公司宣稱已有更高能量密度的電池實現(xiàn)量產(chǎn)，系統(tǒng)能量密度可以滿足最高補貼系數(shù)要求。

高工鋰電網(wǎng)通過梳理發(fā)現(xiàn)，目前電池公司在提升電池能量密度方面的方式都大同小異。其中，磷酸鐵鋰離子電池重要通過物理方式提升能量密度，而三元電池則正在向高鎳體系邁進，而做大電芯單體尺寸新增容量成兩者共同選擇。

輕量化處理成普遍選擇

作為當前國內(nèi)占據(jù)重要市場份額的兩大技術路線，磷酸鐵鋰離子電池和三元電池已經(jīng)分別在純電動大巴、純電動乘用車及專用車領域占據(jù)主導位置。由于新補貼政策將電池系統(tǒng)能量密度與補貼金額直接掛鉤，能量密度越高則獲得的補貼越多，這直接倒逼著電池公司盡快提升能量密度。

由于磷酸鐵鋰離子電池在能量密度上存在較大短板，短時間內(nèi)將系統(tǒng)能量密度提升到115wh/kg-120wh/kg的難度比較大，這直接給磷酸鐵鋰離子電池公司出現(xiàn)了極大的壓力。

“磷酸鐵鋰離子電池系統(tǒng)能量密度要達到115wh/kg以上，單體電芯的質(zhì)量能量密度至少要達到150wh/kg以上，這對鐵鋰離子電池公司是個不小的壓力，對其材料供應商在提升磷酸鐵鋰材料壓實密度和克容量方面也提出了更高的要求。”多位鐵鋰離子電池公司高層表示，實際上通過改進材料性能以提升鐵鋰離子電池單體比能量的用途比較有限，更直接的方法還是做大電池尺寸、新增電池容量、減輕電池包重量，通過物理方式提升電池系統(tǒng)能量密度。

高工鋰電網(wǎng)了解到，目前包括比亞迪、國能電池、寧德時代、億緯鋰能、國軒高科等多家電池公司的鐵鋰離子電池系統(tǒng)能量密度都超過了115wh/kg達到最高補貼系數(shù)，但上述公司均表示通過減輕電池包重量，進行輕量化處理等方式提升能量密度的用途更明顯。

在巡回調(diào)研中，包括鵬輝能源、桑頓新能源、湖南三迅、沃特瑪?shù)入姵毓疽苍诓扇∠嗨频拇胧┙o電池包減重以提升能量密度，效果顯著。

“通過輔材(鋼殼、箔材)輕量化技術和電芯空間利用率優(yōu)化設計結(jié)合，在保證機械強度的同時，可提升5%的能量密度。”沃特瑪電池研究院技術總監(jiān)李路偉在“2017鋰電供應鏈好產(chǎn)品巡回”華南站沙龍的演講中表示，沃特瑪通過采用納米級正極磷酸鐵鋰及分選配級技術、表面包覆和化學改性技術、結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化、極片制造技術，全面提升公司磷酸鐵鋰離子電池的能量密度。

值得注意的是，盡管做大電池尺寸提升容量、對電池包進行輕量化處理可以提升系統(tǒng)能量密度，但業(yè)內(nèi)人士強調(diào)該方法依然有難度，對電池的安全性和一致性會出現(xiàn)直接影響，甚至會犧牲部分性能，因此要特別謹慎。

“電池殼體不能做的太大、輕量化設計一定要以保證電池的安全性和一致性為前提。”湖南三迅新能源科技有限公司技術副總梁世碩對高工鋰電網(wǎng)表示，三迅的磷酸鐵鋰產(chǎn)品未來將主打五個型號，電池容量會不斷提升，目前也在進行輕量化處理，但不會犧牲電池的安全性。

密集布局高鎳三元電池

相比于磷酸鐵鋰離子電池能量密度提升的困難，三元電池的能量密度提升方式顯得更靈活，提升空間也更大。隨著三元電池的安全性逐步得到驗證，加之消費市場有關續(xù)航里程的需求提升，國家政策又傾向扶持高能量密度動力鋰離子電池，高鎳三元材料電池被業(yè)界普遍看好，吸引眾多動力鋰離子電池公司的積極布局。

高工鋰電了解到，幾乎所有的三元電池公司都將高鎳三元電池作為公司下一代產(chǎn)品的主力，技術路線正在從目前主流的NCM523體系向NCM622、NCM811和NCA快速推進。其中已有多家電池公司開始量產(chǎn)高鎳NCM622產(chǎn)品，能量密度較此前大幅提升。

例如，天勁股份稱目前三元單體量產(chǎn)比能量達215wh/kg,今年將量產(chǎn)230Wh/kg產(chǎn)品，近期重點發(fā)展高鎳三元材料電池；比克18650圓柱第三代2.9Ah產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)，能量密度約218Wh/Kg，目前重點開發(fā)高鎳811/NCA體系；鵬輝能源2.8AH18650電池比能量將達到230wh/kg以上，高鎳三元電池下半年實現(xiàn)量產(chǎn)；振華新能源年內(nèi)將量產(chǎn)250wh/kg三元電池；桑頓新能源230wh/kg三元電池可實現(xiàn)量產(chǎn)；妙盛動力三元軟包電池單體比能量達200wh/kg以上；三迅新能源220wh/kg三元電池可實現(xiàn)量產(chǎn)；遠東福斯特218wh/kg三元電池已經(jīng)批量生產(chǎn)；孚能科技220wh/kg三元軟包電池已批量生產(chǎn)等。

值得注意的是，盡管三元電池公司基本上都將NCM811和NCA作為下一代的重要產(chǎn)品，并且宣稱可以在年內(nèi)實現(xiàn)量產(chǎn)，但總體來看高鎳三元電池的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化還存在一定的距離。

業(yè)內(nèi)人士指出，三元正極材料的高鎳低鈷化在提升電池能量密度、降低材料成本等方面具有明顯優(yōu)勢，但安全性和穩(wěn)定性問題卻較為突出。由于高鎳三元正極材料的技術壁壘較高，在制備工藝和設備以及生產(chǎn)環(huán)境等方面的要求都遠遠高于普通三元材料，國產(chǎn)高鎳三元材料走向成熟還需克服多項技術難題。

受下游市場明顯需求拉動和技術工藝升級，國內(nèi)包括當升科技、寧波金和、河南科隆、杉杉能源、格林美等材料公司都在積極布局NCM811/NCA材料，加快實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

更改電池尺寸提升能量密度

除了導入高鎳材料提升三元電池比能量之外，更改電池尺寸提升電池容量依然是有效的方式。

特斯拉選擇18650技術路線的成功吸引了國內(nèi)眾多電池公司的追隨，近年來國內(nèi)對動力18650的投資熱情持續(xù)升溫，且重要集中在三元電池領域。

高工產(chǎn)研鋰電研究所(GGII)初步統(tǒng)計，國內(nèi)涉足18650電池的公司目前已經(jīng)超過20家。

不過，由于18650電芯單顆容量小，普遍在2-4Ah左右，串并聯(lián)數(shù)量太多，單體失效風險概率較大，導致其在主流乘用車和客車領域的應用受到一定的限制。18650電池的市場正遭遇來自方形電池、軟包電池等其它電池型號的挑戰(zhàn)，18650的投資擴產(chǎn)潮也伴隨一定的市場風險

一個明顯的信號是，率先使用18650電池的特斯拉已將目光轉(zhuǎn)向了21700電池。

據(jù)了解，特斯拉與松下合作生產(chǎn)的21700電池已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)。特斯拉CEO馬斯克介紹，當Model3汽車出來之后，將會重新審核是否選用21700電池制造ModelS和ModelX型號汽車。一旦審核通過，21700電池很有可能全面替代特斯拉汽車上的18650電池。

“新電池將會擁有最佳的能量密度，成本也將是最低的。”隨著產(chǎn)量的有序提升，馬斯克表示希望通過大規(guī)模量產(chǎn)電池將每輛Model3的成本降低30%左右，同時解決特斯拉交貨緊張的問題。

據(jù)了解，特斯拉采用21700電池后，由于同等能量下，所需電池的數(shù)量可減少約1/3，這將帶來整個Pack內(nèi)部金屬連接件數(shù)量的減少，從而進一步降低電池Pack的重量，整車的能量密度將得到部分提升。而這種方式也為國內(nèi)18650電池公司在提升能量密度和降成本方面供應了參考。

高工鋰電網(wǎng)了解到，目前國內(nèi)18650電池公司基本上都對特斯拉的方式表示認可，并且也在進行相關布局。其中，深圳比克、遠東福斯特、猛獅新能源等圓柱電池公司都明確宣稱將在未來產(chǎn)量擴充中投產(chǎn)21700電池。

原標題:輕量化＋高鎳三元＋單體尺寸增大動力鋰離子電池能量密度提升三大路徑