无钴电池发展现状与趋势分析VIP专享VIP免费

行业动态行业近况1根据路透社报告，松下将于未来5年的时间内提升2170NCA电池20%的能量密度，并在2-3年时间内商业化无钴电池。松下目前可实现钴含量少于5%（NCA95），量产状态下实现2170电芯较现有水平5%能量密度的提升。同时松下将从9月份开始对内华达Gigafactory的产线进行技改，以推动更高能量密度电池的量产。评论下一代高性能正极有可能是无钴富锂锰基正极（LMR-NMO(Li[Ni0.9Mn0.1]O2)）或是NMA，路线承接当前高镍体系。无钴正极可大致分为两大类：一类是低能量密度无钴，包括LFP（磷酸铁锂）、LMO（锰酸锂）、LNMO（尖晶石镍锰酸锂），均已商业化，其正极容量一般仅是NCM811的一半，CTP下可实现乘用车环节140-150Wh/kg的能量密度。由于松下所称的无钴电池尚需2-3年时间可2,3量产，考虑到松下在电池技术行业领先的地位，我们参考学术文献研究推测下一代高性能无钴正极或是LMR-NMO（Li[Ni0.9Mn0.1]O2，与三元一样为层状结构正极），该正极可实现高于250mAh/g的克容量（目前NCM811一般在190-200mAh/g）与240Wh/kg以上的PACK能量密度，另一可能的无钴技术路线是NMA（LiNi1-x-yMnxAlyO2），该路线能量密度与NCM8系相近。锂电龙头主导技术路线演进，高镍路径确定，各家企业技术有所不同。先进技术的应用短期内将进一步夯实头部企业竞争优势。目前各主要企业量产技术路线可总结为：宁德时代：NCM811->NCM9系，方形；三星SDI：NCA，方形；LG化学及SKI：NCM712->NCMA，软包。且宁德时代、LG化学、SKI均已实现NCM811与NCM712的量产，而目前尚未观察到二三线锂电企业有能力实现高性能电池的批量供应。我们同时认为LMR/NMA正极作为目前高镍三元的延伸（均为层状正极），具备研发的协同与延续性。整体来看，全球范围内高镍锂电应用依旧是主流。综合电池安全性、成本、技术实力下，随着高镍应用渗透率的提升，我们认为头部锂电企业的竞争优势将进一步强化。下一代正极的应用仍有较多问题，优秀材料企业或与锂电龙头共同成长。下一代正极有循环寿命，安全性能等问题需要解决。一方面正极材料的合成难度较普通正极大幅提升，需要采用离子掺杂、正极包覆等工艺进行改性，另一方面负极、电解液方面也需要配合研发专用产品。由此，我们认为有先进研发能力伴随锂电龙头实现产品协同的材料企业，将获得更强的客户粘性与先进产品的先发优势。1图表1:下一代正极富锂锰基正极可实现较现有NCM81150%以上的正极环节能量密度提升资料来源：High-nickellayeredoxidecathodesforlithium-basedautomotivebatteries，中金公司研究部图表2:我们测算LMR-NMO可实现高于230Wh/kg的系统能量密度资料来源：High-nickellayeredoxidecathodesforlithium-basedautomotivebatteries，中金公司研究部图表3:NCM与LMR正极中各元素的作用镍钴锰脱锂阶段稳定层状结构铝脱锂阶段稳定层状结构，降低锂镍混排提升循环性能，热稳定性，倍率性能，降低锂镍混排结构刚性易使正极脆裂，制备工艺复杂作用脱出锂离子降低锂镍混排优点提升容量提升倍率性能提升循环性能，热稳定性缺点锂镍混排贵促进锂镍混排，降低倍率性能资料来源：High-nickellayeredoxidecathodesforlithium-basedautomotivebatteries，中金公司研究部2图表4:低循环次数下LMR-LMO(NM90)与NCM90正极的性能对比图表5:LMR-LMO正极的合成过程与正极掺杂改性资料来源：Cobalt-FreeHigh-CapacityNi-RichLayeredLi[Ni0.9Mn0.1]O2Cathode，中金公司研究部资料来源：SystematicStudyofDifferentAnionDopingontheElectrochemicalPerformanceofCobalt-FreeLithium−Manganese-RichLayeredCathode，中金公司研究部图表6:NMA正极的克容量与NCM8系相近资料来源：High-NickelNMA:ACobalt-FreeAlternativetoNMCandNCACathodesforLithium-IonBatteries，中金公司研究部图表7:宁德时代是国内唯一可规模化应用NCM811方形锂电的企业图表8:2019年至1H20宁德时代NCM811装机应用的主要乘用车品牌资料来源：Cobalt-FreeHigh-CapacityNi-RichLayeredLi[Ni0.9Mn0.1]O2Cathode，中金公司研究部资料来源：SystematicStudyofDifferentAnionDopingontheElectrochemicalPerformanceofCobalt-FreeLithium−Manganese-RichLayeredCathode，中金公司研究部