動力電池技術(shù)日趨多元：高鎳化成趨勢 固態(tài)電池方興未艾
時間:2018-12-07 09:17來源:中國能源報 作者:消息
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近日外媒報道，韓國三大電池生產(chǎn)商LG化學、三星SDI和SK創(chuàng)新打算聯(lián)手開發(fā)核心電池技術(shù)，成立了規(guī)模為1000億韓元(約合9000萬美元)的基金會，試圖借此打造下一代電池產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。
在全球交通加速電動化的趨勢下，動力電池的需求量越來越大，開發(fā)下一代動力電池技術(shù)，提高電池能量密度、解決電池安全管理等問題正成為電池生產(chǎn)商們關(guān)注的重點。符合國家高能量密度標準的高鎳電池會否成為未來電池的發(fā)展方向？下一步的動力電池技術(shù)究竟是什么？
三元鋰電池已成主流
回顧我國的動力電池發(fā)展史，國內(nèi)廠商的技術(shù)進步可謂非凡。從最初以磷酸鐵鋰電池為主流，到2015年三元鋰電池后來居上，再到今年上半年三元鋰電池取代磷酸鐵鋰電池成為主流電池，不過短短三年。
據(jù)了解，動力電池從磷酸鐵鋰往三元鋰路線的轉(zhuǎn)移并不是一蹴而就。我國從2016年開始全面轉(zhuǎn)向三元鋰電芯開發(fā)，而早在國內(nèi)快速轉(zhuǎn)化之前，國外電池企業(yè)就已經(jīng)在電芯化學體系上做出了變革。近日，當升科技副總經(jīng)理陳彥彬指出，“2014—2015年所用電池全是磷酸鐵鋰，在能量密度標準提升后，大家用于數(shù)碼器材的三元材料和三元電池就直接裝到了車上，這是電動汽車電池成本高的原因之一。”
目前國內(nèi)三元鋰電池體系均為鎳鈷錳酸鋰(NCM)。鎳在其中起到提高材料能量密度的作用， 根據(jù)三種過渡金屬離子占比不同，分為低鎳的NCM424、NCM333、NCM523和高鎳的NCM622、NCM811等材料。其產(chǎn)業(yè)化進程主要是從低鎳的333、523等向高鎳的622、811方向發(fā)展。
“當523的三元正極材料在230元/kg的時候，整個制造成本大概0.8元出頭。”微宏動力售前技術(shù)總監(jiān)馬茲林指出，“如果三元材料532和811的成本都降到每噸18萬以下，實際上鐵鋰的成本優(yōu)勢并不大。”
高鎳化成趨勢
眾所周知，新能源汽車尤其是純電動車要想真正獲得市場認可，其中一個重要指標就是解決消費者的里程焦慮。要想解決里程焦慮，必須提供高能量密度的電池。隨著國際鈷價的節(jié)節(jié)攀升，出于降低成本和提升能量密度雙重考慮，提高三元材料體系中鎳的比例似乎已成最佳選擇。
“從圓柱電池來講，目前是以523為主，可能有5%—10%的電池從原來的622轉(zhuǎn)向811，一方面是鈷價的影響，一方面是補貼標準的影響。”陳彥彬表示，三元材料高鎳化發(fā)展是大勢所趨，但如何發(fā)展，采用什么樣的節(jié)奏，取決于電池技術(shù)過不過硬、成本控制能力強不強。
記者了解到，目前動力電池的能量密度需要達到140Wh/kg，才可以拿到相應系數(shù)的補貼，以至于眾多廠商過度看重能量密度，但隨之而來的安全風險也不容忽略。對此，猛獅科技研究院院長鄧中一一針見血地指出，“單純追求能量密度，車輛出事故的幾率會非常高。提高動力電池能量密度，一定要在保證安全，且成本與壽命可接受的前提下才有意義。”
而對于高鎳化高比能電池的現(xiàn)狀，比克電池企管中心副總裁李鳳梅認為，“鎳比例越高，整個正極材料的熱穩(wěn)定性就越差。遇到高溫、外力沖擊等情況，高鎳電池會存在安全隱患。”安全紅線的存在，加之技術(shù)突破不易，國內(nèi)高鎳電池的生產(chǎn)進度長期不理想。
近期寧德時代和當升科技等國內(nèi)廠商的811電池開始推向市場，似乎證明國內(nèi)廠商已經(jīng)先于日韓逐步克服高鎳電池的安全問題，但我國能否憑借高鎳化“大躍進”式的發(fā)展完成在動力電池制造的“彎道超車”，還需要靜待市場和消費者的檢驗。
固態(tài)電池方興未艾
現(xiàn)有的電池體系難以突破能量密度350Wh/kg的天花板，對于能量密度的不懈追求只能靠采用新的鋰離子電池體系來解決。在眾多的高比能電池體系中，固態(tài)電池無疑是目前最有希望的選擇，不僅技術(shù)成熟度相對較高，也擁有一批國際頂尖學者的支持，國內(nèi)外眾多鋰離子電池企業(yè)由此都將固態(tài)電池技術(shù)作為重要的下一代技術(shù)儲備。
大眾曾宣布計劃研發(fā)續(xù)航1000km固態(tài)電池；日本經(jīng)濟省更是在2017年宣布出資16億日元，聯(lián)合豐田、本田、日產(chǎn)、松下、GS湯淺、東麗、旭化成、三井化學、三菱化學等國內(nèi)頂級產(chǎn)業(yè)鏈力量，共同研發(fā)固態(tài)電池，希望2030年實現(xiàn)800公里續(xù)航目標。國家新能源汽車重點科技專項首席專家歐陽明高指出，“國內(nèi)不少科研院所、企業(yè)已開始布局固態(tài)電池領(lǐng)域。比如中科院寧波材料所跟贛鋒鋰業(yè)合作，正在推進其產(chǎn)業(yè)化，計劃2019年量產(chǎn)固態(tài)電池。”
但目前固態(tài)電池基本都處于初始研究階段，想要在新能源汽車上全面應用，還有很長的路要走。歐陽明高曾表示，預計全固態(tài)鋰電池會在2025-2030年之間取得突破。對此豐田董事長內(nèi)山田武持相同觀點：“我們正在努力研究，期望在2020年以后能制造出固態(tài)電池，但若要實現(xiàn)固態(tài)電池的量產(chǎn)，還需要等到2030年以后。”
新能源汽車的發(fā)展是一個系統(tǒng)工程，但是最基礎(chǔ)和最重要的應該是電池技術(shù)的突破。孚能科技董事長王瑀表示：“對電池廠家來說，產(chǎn)品開發(fā)的路線受客戶和政府的影響比較大。在中國主要是受補貼政策的影響，能量密度是我們主要提升的方向。但是對國外客戶來說能量密度雖然也很重要，但是不是唯一的要求，他們還在充電時間、成本上有一定要求。在實現(xiàn)高比能量的目標的基礎(chǔ)上綜合發(fā)展，提高其他各項性能指標，還需要投入更多的時間和精力。”
(責任編輯：子蕊)
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