為了提高動(dòng)力電池的能量密度，延長(zhǎng)電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航能力，動(dòng)力電池企業(yè)一直致力于研發(fā)高能量密度動(dòng)力電池：通過(guò)提高電池內(nèi)鎳金屬的含量比例，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池能量密度的提升。NCM811電池時(shí)代已悄然而至。
然而，高鎳化電池也有弊端：鎳金屬含量的提高使電池的不穩(wěn)定性增加。近期頻發(fā)的電動(dòng)汽車(chē)自燃事件，也給各生產(chǎn)企業(yè)敲響警鐘。
三元材料的各自作用，呼喚錳的回歸
在論述開(kāi)始之前，先跟大家介紹一下三元鋰電池中三元材料的作用——電池正極，準(zhǔn)確地說(shuō)是作為電池正極的前驅(qū)體（可簡(jiǎn)單理解為原料）在整個(gè)電池供應(yīng)鏈中存在。在電池內(nèi)部充滿鋰離子的儲(chǔ)能介質(zhì)鋰鹽與正極三元材料不斷產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)充電或放電。在發(fā)明三元材料之前，鋰電池正極的材料通常為鈷酸鋰（LiCoO2），而后因鋰電池單體容量不斷加大，為安全起見(jiàn)，正極材料逐漸演化為鎳鈷錳酸鋰【Li（NiCoMn）O2】。三種活潑性不同的金屬組成的電池正極共同作用自然會(huì)引發(fā)更多“故事”。而三元鋰電池的正極材料從鎳、鈷、錳三種金屬比例為1:1:1演化為4:2:4，再到5:3:2、6:2:2，以至于目前即將流行的8:1:1。鎳的含量逐漸增加的現(xiàn)象，在電池能量密度提升的同時(shí)，自然會(huì)讓電池的安全性與循環(huán)次數(shù)變?yōu)闃I(yè)界熱議的話題。
三元材料的比例按其氧化還原反應(yīng)的強(qiáng)烈程度可分為（鎳、錳）等量型與不等量型。等量型的典型代表為鎳、鈷、錳三種金屬比例為1:1:1和4:2:4的兩種形式。在電池充放電過(guò)程中，+4價(jià)的錳離子不變價(jià)，在材料中起到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用，+2價(jià)的鎳離子變?yōu)?4價(jià)，失去兩個(gè)電子，在穩(wěn)定之余使電池的能量密度有了一定的提升，但這種方式能量密度的提升較為有限，以被業(yè)界摒棄。
不等量型，就是目前深受業(yè)界追捧的，三種材料比例為5:3:2、6:2:2甚至8:1:1的三元材料比例。鎳含量較高的三元材料在電壓平臺(tái)低于4.4V時(shí)，一般認(rèn)為主要是鎳元素按+2或+3價(jià)參與氧化還原反應(yīng)后，化合價(jià)升高到+4價(jià)。當(dāng)電壓高于4.4V時(shí)，+3價(jià)的鈷離子參與反應(yīng)變?yōu)?4價(jià)，+4價(jià)的錳離子不參加反應(yīng)，起穩(wěn)定結(jié)構(gòu)作用。
通過(guò)分析不同三元材料比例下電池內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)，目前深受業(yè)界追捧的三元材料比例的弊端呼之欲出——錳作為三元材料中的“鎮(zhèn)定劑”，起著穩(wěn)定各離子“軍心”的作用。錳在三元材料中的比例降低，意味著安全性降低。而鎳的比例增高，則帶來(lái)了相對(duì)激烈的電化學(xué)反應(yīng)，使電池能量密度提升的同時(shí)增加了一定不穩(wěn)定因素，從而增加了電池自燃的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，備受消費(fèi)者關(guān)注的電池循環(huán)次數(shù)問(wèn)題，也會(huì)因三元材料中鎳的含量提升而大大減少，也就意味著電動(dòng)汽車(chē)的整個(gè)生命周期中，需要面臨更多次的電池更換。在電池能量密度大幅提升的背后，則反應(yīng)出三元鋰電池發(fā)展過(guò)程中深深的無(wú)奈。
政策與供應(yīng)鏈強(qiáng)力引領(lǐng)，“811時(shí)代”被迫到來(lái)
2018年年初，四部委發(fā)布《關(guān)于調(diào)整完善新能源汽車(chē)推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知》（以下簡(jiǎn)稱《通知》）?！锻ㄖ芬螅?018年補(bǔ)貼系數(shù)與能量密度掛鉤。乘用車(chē)想要拿到最高倍補(bǔ)貼系統(tǒng)能量密度需>140Wh/kg；非快充類(lèi)純電動(dòng)客車(chē)要獲最高倍補(bǔ)貼同樣需要>140Wh/kg。而2019年，調(diào)整后的《通知》顯示，可享受1倍補(bǔ)貼車(chē)型裝備的電池能量密度限制需不低于160Wh/kg。而這一限值在2020年將達(dá)到260Wh/kg！在提升電池能量密度方面，各電池廠商在對(duì)于儲(chǔ)能介質(zhì)與其他材料無(wú)計(jì)可施的情況下，只能逐步提高正極材料中鎳的含量。政策的強(qiáng)力指導(dǎo)作用，成為“811時(shí)代”到來(lái)的最重要因素。
另一方面，上游供應(yīng)鏈的倒逼作用，也是“811時(shí)代”被迫到來(lái)的重要因素。近期國(guó)際期貨市場(chǎng)上，鎳的成交價(jià)格在10萬(wàn)元人民幣/噸上下徘徊，鈷的成交價(jià)格則飆升至25.5-28萬(wàn)元人民幣/噸，在2017年5月甚至達(dá)到人民幣50.8萬(wàn)元人民幣/噸。錳雖未作為期貨交易品種上市，但據(jù)多方了解，其現(xiàn)貨出廠價(jià)在1.3萬(wàn)元人民幣/噸。各材料間巨大的價(jià)格差異，與其在電池內(nèi)部的作用差異，讓動(dòng)力電池生產(chǎn)企業(yè)同樣在供應(yīng)鏈的裹挾下，被迫走進(jìn)“811時(shí)代”。
編后記
在動(dòng)力電池廣泛應(yīng)用的今天，電池技術(shù)的發(fā)展是否應(yīng)僅重視能量密度的提升，弱化了安全性與電池循環(huán)次數(shù)？這將是“811時(shí)代”關(guān)注動(dòng)力電池發(fā)展各方在這一階段討論的焦點(diǎn)話題。近期頻發(fā)的電動(dòng)汽車(chē)自燃事件，也給各生產(chǎn)企業(yè)敲響警鐘。在此，在“811時(shí)代”來(lái)臨時(shí)，電池的安全性提升才應(yīng)該是電池技術(shù)發(fā)展的第一要?jiǎng)?wù)，否則再高的電池性能，沒(méi)有安全性支撐，都是無(wú)法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的。
文章來(lái)源：中國(guó)質(zhì)量新聞網(wǎng)
