杀手锏“811”：宁德时代走下神坛还是走向世界？

9月13日，华晨宝马旗下首款国产纯电动SUV——iX3，在国内首发亮相并同步开启预售。iX3是宝马在华全面启动电动化的关键车型，在行业内备受关注。

不过，无论是在发布会，还是在之后的多轮采访环节中，除了车辆本身之外，外界讨论更多的是iX3所配套的动力电池。华晨宝马iX3使用了宁德时代NCM811电芯，虽然此前宁德时代的811电池已经在华晨宝马X1、5系插电混动上使用，但这是宝马第一次在纯电动汽车上使用811电池。

有业内人士认为，从一定角度来看，宝马使用宁德时代的NCM811电池，是对NCM811电池技术路线及技术成熟度的认可。这对于饱受争议的NCM811电池来说是一种肯定。

此前，由于采用宁德时代NCM811电池的广汽新能源旗下车辆两个月内连续三次起火，引发了行业内对NCM811电池技术路线安全性与成熟度的讨论。甚至有媒体发文称，有主机厂因此放弃使用811电池。

不过，有宁德时代内部人士对21世纪经济报道记者表示，“宁德时代绝对不会放弃811电池。并且，今年以来811电池正在受到越来越多海外和合资品牌的认可，811电池将在更多车型上应用。”

iX3，是宝马第一次在纯电动车上搭载811电池。资料图片

为什么是811？

“iX3的电芯是由宁德时代供货的，但是整个电芯的封装、整套控制系统的设计和研发，都是由宝马内部研发团队完成的。我们有多重防控体系来保证电池的绝对安全，电池经过了严格的工艺和技术，保证其安全和高能效率。”

9月14日，宝马集团大中华区总裁兼首席执行官高乐接受21世纪经济报道记者采访时表示。

值得注意的是，宝马iX3的NEDC综合续航里程约为500km。从一定角度上来看，现在的NCM523电池已经可以达到这样的水平，但宝马采用了NCM811电池。

而对于NCM811电池，无论是宝马和宁德时代都充满信心。华晨宝马总裁兼首席执行官魏岚德在接受媒体采访时表示，“我们现在的选择是最合适的，体现了宝马一贯对电池安全和质量的重视”。

事实上，从近年来的发展方向来看，三元锂电池的正极材料向高镍方向发展是趋势。

宁德时代的NCM811电池（下称8系电池）指的是三元锂电池的正极材料镍、钴、锰三种金属比例为8：1：1的电池，与NCM523（下称5系电池）和NCM622电池相比，提高了镍的含量同时降低钴和锂的量。从化学材料配比来说，NCM811电池能够提高电池的能量密度，提升电动车的续航。但由于材料稳定性的原因，对电池的安全性提出了更高的要求。

2019年，宁德时代量产的8系电池，率先搭载在宝马的插电式混动车型和广汽新能源纯电动车AION S等车型上。这意味着，中国动力电池“811时代”的到来。

率先采用8系电池的中国本土车企们，试图通过强化高续航来提升产品竞争力。从市场反应来看，正是得益于续航里程的优势，广汽新能源才得以迅速在市场上打开局面。

不过，从近期不少自主品牌车企推出的车型来看，广汽新能源、吉利几何等此前采用过宁德时代8系电池的品牌，正在倾向于选择高压5系电池。高压5系电池通过提升单体电压，达到更高的能量密度，让电动车实现更高的续航。

“坦率来说，目前8系电池比较适合于30万以上的高端车。一方面，和5系电池相比，现阶段的8系电池成本更高。同时，今年出来的高压5系电池，能量密度提高之后，续航里程已经可以突破500公里。因此，有部分车企又转向使用5系电池，这是一个非常经济理性的选择。”有动力电池行业人士对记者表示。

但是，如果车企要做高端车，达到更高的续航里程，提升与燃油车竞争的能力，未来的方向仍然是NCM811电池。

“车企目前采用高压5系电池，是出于成本、品控等方方面面的考虑。从市场的发展趋势来看，高压5系或许只是一种过渡性的选择，将来随着技术成熟度的提高和成本的降低，回归811电池恐怕是必然。”有业内人士对21世纪经济报道记者表示。

“我们海外的供货和国内的合资品牌大多数都在用811电池，因为他们都在推高端产品。我们从去年底开始向欧洲供应811电池，现在已经出货了几万台，811电池是被高端品牌所看好的。”9月14日，有宁德时代内部人士对21世纪经济报道记者表示。

目前，续航水平仍然是消费者购买电动车的重要参考因素。对于续航700km以上的电动车来说，811电池是必然之选，而811电池也是国际主流动力电池厂商公认的技术发展路线。

“811电池的技术成熟度，是被主机厂和市场所认可的，并且已经通过了国内外主机厂严苛的产品测试和验证。当然，从技术发展角度来看，它还有进步的空间，任何新的技术和产品都会有一个不断完善和优化的过程。这需要在发展的过程中发现问题，并解决问题。”上述宁德时代人士对记者表示。

当然，对于任何新生事物来说，在发展的过程中需要用更包容且谨慎的角度来看待。否则，就难以推动整个产业技术的进步。当然，这并不意味着轻视安全。

发展高能量密度的811电池，并不等同于忽视动力电池的安全。上述宁德时代人士对记者表示，宁德时代一直把动力电池的安全性摆在最重要的位置。据了解，截至2019年底，宁德时代电池测试达273项，涵盖安全、可靠及性能。

但是，从根本上来看，能量密度跟电池安全之间存在着难以调和的矛盾。而电池的安全是一个系统工程，需要主机厂和电池企业共同解决在实际应用中可能会遇到的隐患。

值得注意的是，宁德时代8系电池的推出，也从一定程度上加快了整个电池行业的技术发展趋势。除了宁德时代之外，一些二三梯队的电池企业，为了防止被时代淘汰，在技术实力不够的前提下盲目开发。

“业内担忧的是，一些其他的企业为了抢市场，以次充好，把安全验证并不成熟的电池带到市场。这会让外界对电池的安全进一步产生误解。”有电池企业人士告诉21世纪经济报道记者。

宁德时代的“杀手锏”

“在未来一段时间内，811电池都将是宁德时代的‘杀手锏’。”上述宁德时代人士对21世纪经济报道记者表示。

一直以来，动力电池的技术路线是多元化发展的。磷酸铁锂和三元锂电池两种相对成熟的技术路线，各有优势。现阶段，不同的电池企业有不同的发力点，宁德时代把重心放在了更高能量密度的三元锂电池上。

此外，尽管动力电池行业领域内的大多数参与者都将无钴电池和固态电池视作下一代动力电池的方向，并着手进行研发。但是，从新技术的难度和商业化落地来看，仍然需要较长的一段时间。目前来看，在未来几年，NCM811电池仍然是最佳的方案。

在国内，811电池是宁德时代在高端市场的关键；在海外，811电池也是宁德时代与日韩电池企业竞争的武器。

此前，得益于中国更大的市场基数以及本土产业链优势，宁德时代连续多年位居全球动力电池装机量首位。但是，今年上半年，被LG化学所超越。

整体来看，动力电池领域，目前呈现出中国的宁德时代、比亚迪，韩国的三星SDI、LG化学、SKI以及日本的松下，处于全球电池行业的第一梯队，形成中日韩“三国杀”的局面。其中，宁德时代和LG化学的多家车企在不同市场达成合作，订单量最多，二者之间的竞争也最为激烈。

事实上，目前，LG化学对特斯拉供应的就是NCM811圆柱电池。并且，LG化学在欧洲地区也在向多家车企供应电池，其是宁德时代进军海外市场的最大竞争对手。

宁德时代此前一直明确表示，有意在欧洲市场发力，并且已经在德国开始建设工厂。在业内看来，和在国内发展相比，没有了本土作战优势的宁德时代，和LG化学的竞争将极为激烈，技术成为比拼的关键。而宁德时代现阶段想要在欧洲市场打开局面，必须依靠811电池。

宁德时代押注811电池的背后，是成为一家全球性企业的野心。

在中国新能源产业发展中，核心零部件是产业发展的关键，中国动力电池必须走向海外。宁德时代将811电池视作在海外市场的杀手锏，面对811电池当下的一系列争议，宁德时代未来走下神坛还是成为一家真正具有全球竞争力的汽车零部件企业，将通过全球市场的检验来给出答案。

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来源：锂想生活

目前，宁德时代、天津力神、国轩高科等团队，已经基本实现了300Wh/kg动力电池的研发，但是，仍旧有大量工作需要继续开展相关的研究。为了实现电池的质量比能量300Wh/kg的目标，主要的方法包括：

（1）选择高容量材料体系，正极采用高镍三元、富锂材料，负极采用硅碳；

（2）设计高压电解液，提高充电截止电压；

（3）优化正负极浆料的配方，增加活性物质在电极中占比；

（4）采用更薄的铜箔、铝箔，减少集流体的所占的比例；

（4）提高正负极的涂布量，增加活性物质在电极中占比；

（5）控制电解液的数量，减少电解液的数量提高锂离子电池比能量；

（6）优化电池的结构，降低极耳、封装材料等在电池中所占的比例。

其中，富锂锰基，高镍三元，镍钴铝等正极成为开发高能量密度的首选正极材料，而且配合高压电解液提高锂电池的充电截止电压，从而提高电池能量密度。富锂、NCA、811、622、532、442、433、111这些正极材料在不同截止电压下性能到底如何呢？

美国阿贡实验室Ahmed专门对比研究了这些材料，各种正极材料做成的极片具体信息如表1所示，浆料配方和极片设计没有优化，然后把这些极片组装成纽扣半电池，电解液为EC:EMC=3：7，1.2m LiPF6，无任何其他添加剂和溶剂。电池下截止电压除了富锂材料为2.5V，其他均为3.0V，分别对比了上截止电压4.2，4.3，4.4，4.5，4.6，4.7V的各种性能，在每个截止电压下锂电池进行表2所示的充放电循环，共20个循环。

表1 极片详细信息

表2 充放电循环程序

图1是各种材料半电池截止电压为4.7V时，第一次和第八次充放电曲线，高镍811在4.2V左右存在一个平台，而富锂材料第一次电压平台高，对比第八次充放电，可见明显的电压降低现象，平均电压都低于其他材料。

图1 第一次和第八次充放电曲线

图2分别是第一次0.1C充电比容量，第八次0.1C放电比容量以及第五次0.05C放电平均电压，其中，富锂材料化成均充电到4.7V激活材料。从图2（b）中可见，随着截止电压升高，622比容量成线性增加，811在所有截止电压下均表现出较高容量，所有的NMC材料低截止电压下比容量差异较大，4.7V高截止电压下比容量在200~220mAh/g，而NCA容量增加比较平缓，富锂材料4.4V以后出现明显的高容量优势。图2（c）中的平均电压，各材料表现为：所有的NMC材料低截止电压下平均电压接近，4.7V高截止电压下111的平均电压最高，811的最低。而NCA随着截止电压升高，平均电压增幅较小。富锂的平均电压明显不同，比其他材料都低，而且截止电压升高，比容量增加，但是平均电压降低。

图2 （a）第一次充电比容量；（b）第八次放电比容量；（c）第五次放电平均电压

图3是极片的比能量与截止电压的关系，比能量是容量和电压的综合结果。4.2V~4.5V截止电压下，811的比能量最好，4.6V~4.7V截止电压下，富锂材料最好。高截止电压下，811和622比能量相近，优于其他三元材料。NCA在低截止电压下比能量较高，随着截止电压升高，比能量不再增加，反而在这些材料中最低。

图3 极片比能量与截止电压的关系

表3汇总列出了图2的部分结果，包括第一次充电比容量，第八次放电比容量，第五次放电平均电压。同时，列出了不同截止电压下20%和50%SOC时的半电池电压，以及从其他文献获取各种材料全电池在20%SOC时10s直流内阻，直流内阻大小可以体现电池功率特性，直流内阻值越小功率越高。表中可见，不同截止电压对直流内阻影响不大，并且其值约为21ohm.cm2。

表3 各正极材料不同截止电压性能汇总

电池第八次循环后采用较大倍率继续循环到20次，循环程序见表2。不同截止电压下后续的循环容量曲线如图4所示。在4.6V截止电压下富锂材料循环300h后容量跳水。在4.7V截止电压下各材料300h后容量都开始明显衰减，442，622等低钴材料容量衰减相对更小，而811高镍材料衰减很快。

图4 第八次~第二十次循环容量曲线

利用表3中50%SOC的电压和第八次的放电容量，作者通过一系列的模拟推算预估在不同截止电压下各材料的pack级别的能量密度。纯电动汽车电池要求高能量，假定电池包60kWh，10s脉冲功率要求300kW（5C），这样的配置大概96S-3P，需要288个电池。在电池设计时，提高极片厚度能够提高正极活性物质的占比，从而提高电池能量密度，但是功率特性下降。为了达到功率要求，作者先计算了极片的最大厚度，不同截止电压下各材料的最大厚度如图5（a）所示，在这些极片厚度设计下对应的PACK比能量如图5（b）所示。在这些材料中，同时满足能量密度和功率要求，811能够设计最大的极片厚度，约100微米，而富锂材料的极片厚度最低。截止电压4.7V时，PACK的比能量由高到低排序为NMC111 > NMC622 >NMC811 > NCA » LMRNMC，当截止电压为 4.4 V 时，排序为NMC811 > NMC622 > NCA >NMC111 » LMRNMC。表3所示，富锂材料高的直流内阻限制了极片厚度的提升，从而能量密度表现没有优势。

图5 纯电动汽车电池极片最大厚度以及对应的pack比能量

插电式混合动力汽车电池要求高功率，假定电池包16kWh，10s脉冲功率要求120kW（7.5C），较高的功率要求进一步限制了极片厚度，如图6（a）所示，811的极片厚度也需要降至80微米。在这些极片厚度设计下对应的PACK比能量如图6（b）所示，在较高的截止电压下，PACK的比能量由高到低排序为NMC811 > NMC622 > NMC111 > NCA » LMRNMC。

图6 插电式混合动力汽车电池极片最大厚度以及对应的pack比能量

表5汇总了截止电压分别为4.2V和4.7V时，纯电动汽车和插电式混合动力汽车电池pack的比能量和能量密度。

表5 电池pack的比能量和能量密度汇总

以上数据供大家参考，总体来看，811材料的综合性能较优。但是，实际电池设计和制造过程可能比这更复杂，而且提高截止电压需要材料和电解液等多方面进行优化。另外，安全问题更加需要关注，如果存在安全隐患，电池能量密度再高也无法应用。

参考文献：

Cost of automotive lithium-ion batteries operating at high upper cutoff voltages，Journal of Power Sources: 2018-09-28，Shabbir Ahmed, Stephen E. Trask, Dennis W. Dees, Paul A. Nelson, Wenquan Lu, Alison R. Dunlop, Bryant J. Polzin, Andrew N. Jansen。

来源：锂想生活

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