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新技术 让动力电池更高能
2020-06-16 19:59:38  来源:哈巴资讯网 

  “只有保证材料的安全可靠,才能做出安全稳定的动力电池及电动汽车。”北京当升材料科技股份有限公司董事、总经理李建忠一语道出了动力电池材料的重要性。

  伴随着新能源汽车的发展,动力电池材料研发技术不断获得突破,新型电池材料、新型高性能电池产品不断涌现。当前高比能材料研究进展如何?未来动力电池的发展趋势又是什么?

  高镍三元材料仍是主流

  目前,新能源汽车主要采用的是锂离子电池,主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液四部分组成,其中,正极材料是提升电池性能的关键,根据使用材料不同,分为钛酸锂、钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂(NCM)和镍钴铝酸锂(NCA)六种。NCM、NCA就是俗称的三元锂电池。

  由于钛酸锂电池和锰酸锂电池能量密度相对较低,钴酸锂电池安全性较差,因此,三元锂电池和磷酸铁锂电池脱颖而出,分别在新能源乘用车市场及客车市场跻身主流地位。

  业内人士指出,国内研发的主要是NCM电池,NCA电池则主要由日韩企业生产。“从目前的材料来看,三元锂电池从原来的333、523、622一路发展到现在的811,不断更新升级。”李建忠说。

  李建忠提到的几个数字,指的是电池正极材料中镍钴锰的比例,“811”电池就是镍钴锰按8:1:1的比例进行搭配的三元锂电池。

  镍含量越高,动力电池能量密度可上升的空间就越大。“高镍三元材料仍是主流趋势,NCM811镍含量最高已经达到88%。”李建忠介绍说,“通过提升镍的比重,不仅能实现电池能量密度提升,还减少了钴的使用,一定程度上缓解了材料价格上涨带来的成本压力。”此外,“811”电池还可有效解决电池轻量化问题,在节省空间等方面优于普通三元电池。

  亿纬锂能股份有限公司技术部总监何巍表示,能量密度更高、成本更低的锂离子电池将是车企的核心需求,对于500公里以上续航能力需求,持续看好三元高能量密度材料;对于350公里以下的续航能力需求,在中、短期看好磷酸铁锂电池。

  电池热稳定性持续提升

  作为电动汽车的“心脏”,动力电池及材料的安全性始终是各方关注的焦点。

  对三元电池而言,镍含量不断提高,用于稳定结构的钴和锰含量相应降低,电池的稳定性也会大打折扣。对此,李建忠表示,三元材料电池仍有很多技术解决方案有待验证,但伴随着技术迭代,动力电池材料在设计、工艺改进、工艺掺杂和处理等方面均有了明显提升,热稳定性也有较大改善,“811”电池放热峰值已达到220-230℃。

  记者了解到,对正极材料改性是提高电池材料热稳定性的有效措施。常用的改性方法有两种,一种是表面包覆,减少活性材料与电解液之间的反应,同时减少正极材料过充中释放的氧气,起到稳定基体材料的作用;另一种是掺杂改性,目的在于提高材料结构稳定性,从而改善材料循环性能。目前,比克电池、力神电池、鹏辉能源、远东福斯特等动力电池企业都在积极研发三元材料,在包覆、掺杂等环节提出解决方案,开发容量高、循环寿命长、安全性能好的动力电池用正负极材料。

  李建忠指出,对于动力电池而言,安全是一个系统问题,并非只取决于材料的某个方面性能。材料、电池设计及制备等各个环节,都与动力电池的安全性能紧密相关,其中任何一个环节出现了问题,都可能给动力电池带来安全隐患。

  新型电池产品不断涌现

  在汽车“新四化”背景下,里程焦虑、安全焦虑和成本焦虑倒逼动力电池及产业链的企业在现有材料体系的基础上不断探寻新的方向。固态电池和燃料电池就是其中的代表。

  近日,工信部发布的《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》(征求意见稿)显示,“实施电池技术突破行动,开展正负极材料、电解液、隔膜等关键核心技术研究,加强高强度、轻量化、高安全、低成本、长寿命的动力电池和燃料电池系统短板技术攻关,加快固态动力电池技术研发及产业化”,被列为“新能源汽车核心技术攻关工程”。

  “氢燃料电池系统的关键零部件,如电堆、催化剂、膜电极、双极板、密封材料等,我国目前已能够实现国产化,但规模化、批量生产的产业链还未完全形成,成本较高。” 清华大学教授李建秋道出了燃料电池的发展现状。业内专家指出,氢燃料电池更适合长途大型高速重载车辆(重型卡车、物流车、公交车等),将主要替代柴油机。

  固态电池兼顾安全性和续航里程优势,正在受到国内外企业的热捧:赣锋锂业年产亿瓦时级固态锂电池中试生产线已正式投产、蔚来与辉能科技合作打造固态电池包样车、美国能源部拨款用于固态电池的研发工作……专家表示,固态电池并非十全十美,仍有一些关键问题有待突破,如倍率性能偏低、充电速度慢、电解质材料缺乏等。

  记者注意到,市面上动力电池的新产品还有无钴电池、四元电池等等。对于未来动力电池新材料、新技术的发展,何巍表示,从产业化角度来看,动力电池新材料、新技术有两个评价维度,首先是技术成熟度,具备好的技术方向和技术成熟度的产品,才有产业化推广价值;其次是应用价值,如高镍材料或NCA,已经在电单车、电动工具等方面拥有近10年的应用经验,成熟后再应用到新能源汽车上。任何技术的发展都要循序渐进、脚踏实地。(■本报记者 樊桐杰)

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