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动力电池技术日趋多元:高镍化成趋势 固态电池方兴未艾

作者:新能源汽车产业网
来源:中国能源网
2018/12/06

近日外媒报道,韩国三大电池生产商LG化学、三星SDI和SK创新打算联手开发核心电池技术,成立了规模为1000亿韩元(约合9000万美元)的基金会,试图借此打造下一代电池产业生态系统。

在全球交通加速电动化的趋势下,动力电池的需求量越来越大,开发下一代动力电池技术,提高电池能量密度、解决电池安全管理等问题正成为电池生产商们关注的重点。符合国家高能量密度标准的高镍电池会否成为未来电池的发展方向?下一步的动力电池技术究竟是什么?

三元锂电池已成主流

回顾我国的动力电池发展史,国内厂商的技术进步可谓非凡。从最初以磷酸铁锂电池为主流,到2015年三元锂电池后来居上,再到今年上半年三元锂电池取代磷酸铁锂电池成为主流电池,不过短短三年。

据了解,动力电池从磷酸铁锂往三元锂路线的转移并不是一蹴而就。我国从2016年开始全面转向三元锂电芯开发,而早在国内快速转化之前,国外电池企业就已经在电芯化学体系上做出了变革。近日,当升科技副总经理陈彦彬指出,“2014—2015年所用电池全是磷酸铁锂,在能量密度标准提升后,大家用于数码器材的三元材料和三元电池就直接装到了车上,这是电动汽车电池成本高的原因之一。”

目前国内三元锂电池体系均为镍钴锰酸锂(NCM)。镍在其中起到提高材料能量密度的作用, 根据三种过渡金属离子占比不同,分为低镍的NCM424、NCM333、NCM523和高镍的NCM622、NCM811等材料。其产业化进程主要是从低镍的333、523等向高镍的622、811方向发展。

“当523的三元正极材料在230元/kg的时候,整个制造成本大概0.8元出头。”微宏动力售前技术总监马兹林指出,“如果三元材料532和811的成本都降到每吨18万以下,实际上铁锂的成本优势并不大。”

高镍化成趋势

众所周知,新能源汽车尤其是纯电动车要想真正获得市场认可,其中一个重要指标就是解决消费者的里程焦虑。要想解决里程焦虑,必须提供高能量密度的电池。随着国际钴价的节节攀升,出于降低成本和提升能量密度双重考虑,提高三元材料体系中镍的比例似乎已成最佳选择。

“从圆柱电池来讲,目前是以523为主,可能有5%—10%的电池从原来的622转向811,一方面是钴价的影响,一方面是补贴标准的影响。”陈彦彬表示,三元材料高镍化发展是大势所趋,但如何发展,采用什么样的节奏,取决于电池技术过不过硬、成本控制能力强不强。

记者了解到,目前动力电池的能量密度需要达到140Wh/kg,才可以拿到相应系数的补贴,以至于众多厂商过度看重能量密度,但随之而来的安全风险也不容忽略。对此,猛狮科技研究院院长邓中一一针见血地指出,“单纯追求能量密度,车辆出事故的几率会非常高。提高动力电池能量密度,一定要在保证安全,且成本与寿命可接受的前提下才有意义。”

而对于高镍化高比能电池的现状,比克电池企管中心副总裁李凤梅认为,“镍比例越高,整个正极材料的热稳定性就越差。遇到高温、外力冲击等情况,高镍电池会存在安全隐患。”安全红线的存在,加之技术突破不易,国内高镍电池的生产进度长期不理想。

近期宁德时代和当升科技等国内厂商的811电池开始推向市场,似乎证明国内厂商已经先于日韩逐步克服高镍电池的安全问题,但我国能否凭借高镍化“大跃进”式的发展完成在动力电池制造的“弯道超车”,还需要静待市场和消费者的检验。

固态电池方兴未艾

现有的电池体系难以突破能量密度350Wh/kg的天花板,对于能量密度的不懈追求只能靠采用新的锂离子电池体系来解决。在众多的高比能电池体系中,固态电池无疑是目前最有希望的选择,不仅技术成熟度相对较高,也拥有一批国际顶尖学者的支持,国内外众多锂离子电池企业由此都将固态电池技术作为重要的下一代技术储备。

大众曾宣布计划研发续航1000km固态电池;日本经济省更是在2017年宣布出资16亿日元,联合丰田、本田、日产、松下、GS汤浅、东丽、旭化成、三井化学、三菱化学等国内顶级产业链力量,共同研发固态电池,希望2030年实现800公里续航目标。国家新能源汽车重点科技专项首席专家欧阳明高指出,“国内不少科研院所、企业已开始布局固态电池领域。比如中科院宁波材料所跟赣锋锂业合作,正在推进其产业化,计划2019年量产固态电池。”

但目前固态电池基本都处于初始研究阶段,想要在新能源汽车上全面应用,还有很长的路要走。欧阳明高曾表示,预计全固态锂电池会在2025-2030年之间取得突破。对此丰田董事长内山田武持相同观点:“我们正在努力研究,期望在2020年以后能制造出固态电池,但若要实现固态电池的量产,还需要等到2030年以后。”

新能源汽车的发展是一个系统工程,但是最基础和最重要的应该是电池技术的突破。孚能科技董事长王瑀表示:“对电池厂家来说,产品开发的路线受客户和政府的影响比较大。在中国主要是受补贴政策的影响,能量密度是我们主要提升的方向。但是对国外客户来说能量密度虽然也很重要,但是不是唯一的要求,他们还在充电时间、成本上有一定要求。在实现高比能量的目标的基础上综合发展,提高其他各项性能指标,还需要投入更多的时间和精力。”

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