2020年，在成本、安全、續航的多方博弈下，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，並大有反攻之勢。那就是單晶中鎳三元體系。
從電池生產企業來看，2020年寧德時代、欣旺達、瑞浦能源、領湃新能源都推出了基於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、廈門鎢業等眾多正極材料企業的拳頭產品。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，可使電池循環壽命超過4000次，電池生命周期內續航可超過160萬公裡。
而電池頭部企業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 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。儘管NCM811電池近兩年已經開始批量化裝車，但業界普遍認為，NCM811產品在安全性能和成本上還需要繼續迭代和改善，尚不具備技術積澱的企業在這一技術產品應用上還需謹小慎微。
在現有材料和技術路線下，提高鎳含量也並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穩定性，對延長電池的循環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，穩定性高，其安全性性能要遠高於高鎳材料。
在製備成本上，目前單晶中鎳材料生產工藝相對於多晶材料更為複雜，材料價格也相對較高。但如果與高鎳材料的製備成本相比，仍然佔有優勢。
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於多晶三元材料，但由於其電壓更高，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、循環性能更優，同時成本也更低。這些因素也促使單晶中鎳三元材料市場佔比開始上升。行業數據顯示，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係為主，3系以及高鎳三元佔比可忽略不計。
多家企業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。據悉，該電池包可實現「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，該款電池電芯採用的是寧德時代「鎳55三元電芯」。
當然，這並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，欣旺達對外發布了「不起火」三元電池包。據悉，該電池包內電芯的正極材料採用的也是5系的單晶高電壓三元材料——鎳5X正極材料。據欣旺達相關負責人透露，欣旺達採用單晶高電壓鎳5X體系材料，產熱比其它體系要低至少18%；熱穩定性(熱失控溫度)也比其它體系高30%以上；能量密度方面，由於單晶材料電壓更高，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布的首款新品也是基於高電壓中鎳材料打造的鎳6系產品。據領湃新能源介紹，之所以選擇高電壓中鎳產品，主要是基於兩個方面的考慮：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，但是在循環壽命、安全性能和成本上卻較目前的NCM811有明顯優勢。
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充電4000餘次，全生命周期續航將超過160萬公裡。
除了在單晶三元材料方面，2020年，蜂巢能源推出的「無鈷電池」，星恆電源推出的星恆超鋰S7也同樣採用了單晶技術，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、循環壽命上的綜合優勢突出，也早已引得上遊材料企業的關注和研發努力。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；據當升科技透露，公司開發的單晶高電壓多元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方向，在單晶正極材料方面，過去幾年公司依次實現了單晶NCM523、單晶NCM622的產業化，後續單晶型NCM811和高能量型NCA等產品產業化正在推進中。
單晶中鎳材料的悄然走熱，也讓我們看到一種現象，在2020年，多家車企「重回」NCM523體系。當然，這只是電池企業在綜合車企、消費者的現實訴求後，進行的技術創新所致。
高安全性、高能量密度、長循環壽命以及低成本是車企對於電池的需求，也是電池技術發展的趨勢。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、循環壽命等多個維度實現了較好的平衡，目前以寧德時代、欣旺達、瑞浦能源等為代表的多家電池製造企業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，並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，在追求續航裡程的大前提下，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未來技術競爭角逐的重要領地。