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2015年動力電池的發展趨勢

日期:2021-10-17 18:49
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摘要: 摘要: 科技部發布了《國家重點研發計劃新能源汽車重點專項實施方案(征求意見稿)》,其中明確要求了2015年底轎車動力電池能量密度要達到200Wh/kg。一時間,讓無數人將目光投向了三元材料。 在鋰離子電池當中,由于正負極容量的差異,正極材料往往是影響電池能量密度的瓶頸所在。因此,采用不同正極材料的鋰離子電池之間,其特性也存在著或多或少的區別。常見的正極材料有四種,分別是片裝的鈷酸鋰和鎳酸鋰;尖...

摘要:

                                                                                  科技部發布了《國家重點研發計劃新能源汽車重點專項實施方案(征求意見稿),其中明確要求了2015年底轎車動力電池能量密度要達到200Wh/kg。一時間,讓無數人將目光投向了三元材料。

在鋰離子電池當中,由于正負極容量的差異,正極材料往往是影響電池能量密度的瓶頸所在。因此,采用不同正極材料的鋰離子電池之間,其特性也存在著或多或少的區別。常見的正極材料有四種,分別是片裝的鈷酸鋰和鎳酸鋰;尖晶石結構的錳酸鋰;橄欖石結構的磷酸鐵鋰;以及三元材料。

那么到底什么是三元材料?顧名思義,三元材料,就是三種電極材料共融而成的復合電極材料。理論上兼具每種電極材料的特性和優勢。目前*常見的是NCANCM。

NCA指的是鎳鈷鋁酸鋰( )三元材料。它源自于鎳酸鋰()材料的發現。這種電池容量較高,相應的穩定性較差,此時,摻雜了一些鋁,以穩定其結構。常見的分子式為()。嚴格意義上說,NCA可能并不屬于三元材料,而改性的二元材料。特斯拉Model S上使用的就是這種電池。

NCM是目前*主流的三元材料,也被認為是未來的發展趨勢。NCM指的是鎳鈷錳酸鋰()三元材料。通過調配鎳、鈷、錳三者的比例,得到不同的電極特性。

目前國內的路線仍以磷酸鐵鋰為主。磷酸鐵鋰有較好的循環穩定性能,成本也比較低。其理論能量密度大概在160Wh/kg。目前,比亞迪的單體電池,能量密度已經達到了130Wh/kg。幾乎到達了能量密度的天花板。當然研究工作者在對進一步提高磷酸鐵鋰電池的性能做著許多的工作。比如摻雜一元或者多元的離子之后,獲得了更高的容量,1C放電比容量超過120mAh/g。但是要注意到提高比能量不一定能同比提高電池的能量密度,另外材料的穩定性、安全性、材料成本、加工工藝的復雜化等一些列的問題,也仍待解決。因此,這些振奮人心的實驗室數據,要想變成產品參數,仍有相當長的一段路要走。

鋰酸鐵鋰的先天不足,使更多的企業開始注意三元材料。大部分磷酸鐵鋰的生產廠家,都開始關注三元材料的開發。其中一些(如天津力神、中航鋰電)已經開始批量的三元材料鋰電池的生產。

三元材料對比鋰電池,到底有什么優勢。從下表看看各種正極材料的能量密度參數。

 

從表上看,三元材料的理論比容量和能量密度的理論值要比磷酸鐵鋰樂觀得多。目前實際的產品參數又如何呢?美國JCS生產的NCA/C45Ah電池,比能量密度在151mAh/kg,確實高于磷酸鐵鋰,但是離2015年的目標仍有不小的距離。同時,由于國內三元材料的起步較晚,與國外的技術水平有不小的差距。同時,規避知識產權壁壘也是要考慮的問題。

論述了三元材料和磷酸鐵鋰的若干參數之后,筆者談一下自己的觀點:

對于高能量高性能的追求,是技術發展的必然方向。即使國家不頒布《征求意見稿》,三元材料也是2015年電極材料的重要方向。磷酸鐵鋰、鈷酸鋰在未來已經不能給我們什么驚喜,除了生產,也沒有太多的“故事”可講。因此,不論是企業、高校、研究機構、還是金融機構,為各自利益,把資源投向三元材料是必然的事情。

僅對于市場而言,比起增加的續航里程來說,更關心的電動車可能是使用了三元材料之后,車是不是更貴了,電池使用壽命是不是更短了,是不是更不安全了。因為提高30%甚至50%的 續航里程,對目前國內的消費者需求來說,仍然是不夠的。性能不是唯壹,鉛酸電池就是*好的例子,因為他足夠便宜,足夠穩定,雖然能量密度很差,循環壽命也不高,但是扔穩穩坐定二次電池的霸主地位。三元材料在充分市場化之后,勢必對磷酸鐵鋰電池的市場份額造成影響,但筆者認為兩者技術會長期同時存在。隨著未來應用市場的細化,各種技術“各司其職”,在各自的領域開疆辟土。

目前來講,如果和燃油車相比,沒有任何一種電池技術能真正滿足動力電池的技術要求。三元材料即使達到了2015年的政策目標之后,又將如何?未來再寄希望于石墨烯材料還是富鋰高錳層狀材料?技術的發展永無止境,但是技術的進步需要充足的時間。我不否認某項技術的重大突破可能引發一場技術**,但是我們不能寄希望于此。技術的發展在,用“謀事在人,成事在天”這句古話來形容再貼切不過了。既要有主觀的決心,又要對客觀規律有充分的尊重。當有人問,三元材料能不能達到市場的需求時,我只能說,走著瞧了。

隨著各種電極材料技術走向瓶頸期,筆者臆斷:鋰離子動力電池的生命將走向終結。如果解決電動車問題,要寄希望于新的電化學體系、新的電池技術出現。那么問題是,是先有了技術再發展電動車,還是有了電動車之后再去開發電池技術?這是一個無解的問題。但是在有市場催化效應存在的時候,肯定是件好事。在風口豬未必真能飛起來,但是順風的鳥肯定會更輕松一些,但別飛過頭了。豐田公司是非常值得學習的一個技術開發案例?;阪嚉潆姵氐幕旌蟿恿夹g營造了電動車的市場神話,同時潛心研究FCV技術,并于2015年投放市場。這說明新技術開發成功與否,并不是一兩篇論文、一兩個磚利能解決的。需要對市場有充分地認識,同時需要有足夠的資源來維持。比如國內一些開發新電池體系中小型企業卻因為生存問題,紛紛轉型。如何解決“想做”、“會做”、“能做”、“堅持做”的問題,可能是我們優先于技術本身更要考慮的問題。

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