鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1278次 | 2019年04月10日
國產(chǎn)動力電池的各項(xiàng)技術(shù)逐步成熟
從材料體系來看，單體比能量要達(dá)到300wh/kg，則磷酸鐵鋰、錳酸鋰和鈦酸鋰等技術(shù)路線都無法實(shí)現(xiàn)，只有高鎳三元或/NCA+硅碳負(fù)極有望實(shí)現(xiàn)，或者新型富鋰錳基正極材料以及固態(tài)電池可以勝任。
近幾年來，我國新能源車產(chǎn)業(yè)發(fā)生翻天覆地的變化，市場推廣取得了長足的成效，技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了重大進(jìn)步，但仍然面臨著后補(bǔ)貼時(shí)代的政策變化、里程焦慮等問題。
而其中，要想試圖克服“里程焦慮癥”的辦法只有提升動力電池的能量密度，這也是我國政府鼓勵(lì)以及行業(yè)追求的方向，國家政策和動力電池企業(yè)都在圍繞著此“大做文章”。
按照新能源汽車補(bǔ)貼新政要求，自6月12日起，進(jìn)入第五批以后的《推薦目錄》的新車型才能享受補(bǔ)貼。第5批、第6批《推薦目錄》對汽車的電池能量密度、續(xù)駛里程等方面提出了更高的要求。
能量密度高壓之下高鎳及固態(tài)電池成新寵
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
提升能量密度才能有效消除里程焦慮
事實(shí)上，此前出臺的《促進(jìn)汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》中，已經(jīng)明確我國動力電池的能量密度目標(biāo)。到2020年，鋰離子動力電池單體比能量大于300Wh/kg；系統(tǒng)比能量達(dá)到260Wh/kg；成本小于1元/Wh；使用環(huán)境從零下30℃到55℃；具備3C充電能力等。
從材料體系來看，單體比能量要達(dá)到300wh/kg，則磷酸鐵鋰、錳酸鋰和鈦酸鋰等技術(shù)路線都無法實(shí)現(xiàn)，只有高鎳三元或/NCA+硅碳負(fù)極有望實(shí)現(xiàn)，或者新型富鋰錳基正極材料以及固態(tài)電池可以勝任。不過，從當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展水平來看，要實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)單體比能量達(dá)到300Wh/kg仍是一個(gè)待解的難題。
高鎳三元：技術(shù)積累領(lǐng)先規(guī)模化需時(shí)日
在補(bǔ)貼金額與能量密度直接掛鉤的重壓之下，中國的動力電池企業(yè)正在努力拔高能量密度，同時(shí)“300Wh/kg”成為行業(yè)的高頻詞匯，值得慶幸的是，這一目標(biāo)已有部分動力電池企業(yè)在實(shí)驗(yàn)室條件下實(shí)現(xiàn)。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備
一個(gè)月之前，天津力神宣布在高鎳正極材料及動力電池單體開發(fā)方面獲重大突破，研發(fā)出一種NCA三元高比能量動力電池，能量密度超過300Wh/kg，令整個(gè)業(yè)界為之一振。這也為開發(fā)出比能量300Wh/kg、循環(huán)壽命1500次的鋰離子電池單體奠定了基礎(chǔ)。
公開資料顯示，天津力神在氧化鎳鈷鋁鋰（NCA）正極材料前期研究基礎(chǔ)上，開發(fā)高比能量、長循環(huán)壽命、良好安全性能的鋰離子動力電池用高鎳系正極材料；通過納米制備、納米分散、包覆及預(yù)嵌鋰等多種技術(shù)，研制容量高、首次效率高、循環(huán)穩(wěn)定性及倍率性能好的硅碳負(fù)極材料。
能量密度高壓之下高鎳及固態(tài)電池成新寵
發(fā)展高鎳三元電池已成行業(yè)共識
誰奪得了技術(shù)高點(diǎn)，誰就有機(jī)會實(shí)現(xiàn)市場突破。在高能量密度的驅(qū)使之下，動力電池企業(yè)絡(luò)繹不絕地向高鎳三元材料布局，這其中既有行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)，也有野心勃勃資金實(shí)力雄厚的新進(jìn)企業(yè)。
而像寧德時(shí)代、力神電池和國軒高科三家電池企業(yè)已經(jīng)開發(fā)出300wh/kg的樣品，材料體系都是高鎳三元+硅碳負(fù)極，并且都計(jì)劃在2020年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。與此同時(shí)包括比亞迪、遨優(yōu)電池、桑頓新能源、捷威動力等多家電池企業(yè)也積極研發(fā)300wh/kg的動力電池產(chǎn)品。
據(jù)行業(yè)專家介紹，高鎳三元材料主要是指鎳含量較高的三元材料，目前常見的高鎳材料類型有NCM622、NCM811和NCA。在高鎳三元材料中，Ni主要的作用是提供容量，含量越高電池的能量密度越大；而Co貢獻(xiàn)一部分容量的同時(shí)可以穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；Mn/Al主要用來穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，三者協(xié)同作用，共同發(fā)揮出三元材料高能量密度、較低成本等優(yōu)勢。
事與愿違的是，在高鎳體系的NCM811和NCA材料成為國內(nèi)動力電池企業(yè)積極布局熱點(diǎn)的同時(shí)，也要承受鈷價(jià)上漲帶來的成本壓力。而實(shí)際上，高鎳三元材料不僅面臨著高鈷價(jià)的困境，也存在著高技術(shù)壁壘，中國要與日韓分庭抗禮還面臨著諸多挑戰(zhàn)。
客觀來看，高鎳三元材料的優(yōu)勢很明顯，痛點(diǎn)也突出。據(jù)業(yè)內(nèi)人士分析，其痛點(diǎn)主要體現(xiàn)在兩方面：一是合成技術(shù)難度大，制備工藝需改進(jìn)優(yōu)化；二是材料價(jià)格上漲制約動力電池成本下降。
據(jù)行業(yè)技術(shù)研究人尋風(fēng)分析表示，從高鎳三元材料合成技術(shù)來看，首先是目前的合成高鎳三元材料的方法主要是高溫固相燒結(jié)合法，安全性、穩(wěn)定性等性能差強(qiáng)人意，并且儲存和加工條件非常苛刻。
其次是高鎳三元電池的制備工藝難度都很大，對動力電池企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)線改造提出了更高的要求，這是因?yàn)楦哝嚾牧系漠a(chǎn)業(yè)化并不僅僅取決于正極材料的突破，其他材料的合理搭配、電池制造工藝和包覆工藝升級、電池安全性、穩(wěn)定性和一致性等問題解決都有很大的影響。
最后是高鎳三元材料在前驅(qū)體燒結(jié)和材料的生產(chǎn)環(huán)境方面的要求都較為苛刻，產(chǎn)品在儲存和使用過程中容易吸潮成果凍狀，不易調(diào)漿和極片涂布。因此，目前高鎳三元材料生產(chǎn)主要采用密封輥道窯，國內(nèi)生產(chǎn)的企業(yè)比較少，主要依賴進(jìn)口。
終上所述，高鎳三元材料電池要想實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)還有一段路要走，而且已經(jīng)在大面積布局高鎳三元材料電池的企業(yè)需要警惕會被其他電池路線“捷足先登”。根據(jù)動力電池網(wǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，遨優(yōu)動力團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)8年自主研發(fā)開發(fā)的富鋰錳基240Wh/kg的軟包電池，通過國家相關(guān)強(qiáng)檢，成為全球首家掌握富鋰錳基電池技術(shù)及應(yīng)用的企業(yè)。
能量密度高壓之下高鎳及固態(tài)電池成新寵
搭載富鋰錳基電池的電動車
對此，遨優(yōu)總經(jīng)理陳光森表示，未來動力電池系統(tǒng)成本需要做到≤1000元/Kwh，當(dāng)前的三元材料體系很難實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，唯有富鋰錳基動力電池有機(jī)會達(dá)到這個(gè)指標(biāo)，這是因?yàn)楦讳囧i基電池中Ni+Co的含量只要三元的三分之一，并且明年遨優(yōu)的富鋰錳基電池能量密度能夠達(dá)到300Wh/kg。
固態(tài)電池：競爭苗頭凸顯商業(yè)化路漫漫
而除了高鎳三元電池之外，固態(tài)電池也是公認(rèn)的能量密度可達(dá)標(biāo)的技術(shù)路線。于是在固體電池領(lǐng)域，國內(nèi)外動力電池企業(yè)一腔熱血地想要爭奪這塊“肥肉”，布局固體電池的企業(yè)也是絡(luò)繹不絕。
可以說，固態(tài)電池憑借著高能量密度、高安全性、可靠性等優(yōu)秀特性，對于革新現(xiàn)在的電池市場有著極大的沖擊力。全球各大企業(yè)譬如豐田、寶馬、比亞迪、LG化學(xué)等紛紛投身固態(tài)電池新藍(lán)海，日本甚至已經(jīng)將固態(tài)電池的研發(fā)上升到國家戰(zhàn)略高度。
縱使在未來幾年里依然是鋰電池的天下，但這絲毫不妨礙相關(guān)企業(yè)在固態(tài)電池領(lǐng)域的布局。不僅如此，各企業(yè)之間還點(diǎn)燃了在固態(tài)電池上競爭的戰(zhàn)火，力求在發(fā)展固態(tài)電池方面搶得先機(jī)。
去年八月，比亞迪申請了一種全固態(tài)鋰離子電池正極復(fù)合材料以及固態(tài)鋰離子電池發(fā)明專利。今年1月，比亞迪在投資者互動平臺表示，公司正在積極推進(jìn)固態(tài)電池項(xiàng)目商用，盡早向商業(yè)化目標(biāo)邁進(jìn)。
而前不久，有外媒報(bào)道稱日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)宣布與豐田公司和松下等企業(yè)啟動新一代高效率電池（固體電池）的核心技術(shù)的開發(fā)，力爭在2022年之前確立固體電池核心技術(shù)，到2030年前后將每千瓦時(shí)電池組的成本降至鋰電池的1/3左右，將快速充電時(shí)間縮短至1/3（即10分鐘）。
能量密度高壓之下高鎳及固態(tài)電池成新寵
國內(nèi)外多家企業(yè)布局固態(tài)電池
現(xiàn)代汽車近年來也一直致力于自主研發(fā)動力電池，規(guī)劃汽車電池革新，在固態(tài)電池方面的布局也不甘落后。近日，現(xiàn)代汽車宣布投資位于馬薩諸塞州的IonicMaterials公司，主要進(jìn)行固態(tài)電池研發(fā)工作。IonicMaterials公司在固態(tài)電池技術(shù)方面有著獨(dú)特的進(jìn)展。
該公司利用離子材料來實(shí)現(xiàn)下一代的固態(tài)電池，其突破性聚合物是第一種在室溫下完全起作用的固體電解質(zhì)，可與多種電極化學(xué)物質(zhì)相容，以顯著提高電池的安全性，性能和生產(chǎn)成本。目前該公司已得到了韓國三星、英國戴森等科技大公司的投資。
對此尋風(fēng)稱，就目前現(xiàn)有的技術(shù)水平而言，能夠真正實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池規(guī)?；a(chǎn)的企業(yè)還寥寥無幾，但是固態(tài)電池今后的發(fā)展?jié)摿薮?，未來幾十年中，新能源車行業(yè)大量使用固態(tài)電池的可能性極大。
資料顯示，全固態(tài)鋰電池當(dāng)前能量密度約400Wh/Kg，最大潛力值達(dá)900Wh/Kg。但是固態(tài)電解質(zhì)具有高的電阻，在功率密度方面還存在待解決的問題，需要從固態(tài)電解質(zhì)、正負(fù)極材料上著手，一旦這些問題能夠有效解決，必將在未來掀起一場新的電池革命。
屆時(shí)，盡管補(bǔ)貼完全退坡，但國產(chǎn)動力電池的各項(xiàng)技術(shù)逐步成熟，也能夠?qū)崿F(xiàn)長續(xù)航電動車的產(chǎn)業(yè)化，與燃油車展開正面的競爭。
