電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
2019年新能源汽車補貼政策大幅退坡，讓車企和動力電池企業皆受到沖擊，主機廠紛紛進一步壓縮動力電池成本，這對動力電池供應商提出更高的要求。
近年來，作為電動車鋰電池的關鍵原料，鈷材料由于資源稀缺性，加上不少寡頭礦產公司正在大量囤積鈷，價格不斷上漲。依據生意社數據監測顯示，2016年年底至2018年4月間,鈷價曾從20萬元/噸一路飆升至逾66萬元/噸最高點。隨后，由于電池廠商降低鈷的用量、無鈷電池技術路線的提出以及鈷產量的上漲，鈷價有所回調。但從長期來看，依據國際能源署(IEA)預估，到2020年全球電動車數量將由2017年的370萬輛增長至1300萬輛，市場對于鈷、鋰、銅等金屬的需求可能會增長十倍，剛果(金)新礦業法也可能導致鈷加工成本和售價的增加。從能源戰略方面來考慮，鈷資源的稀缺性迫使企業降低鈷的用量。
隨著新能源汽車的普及，汽車廠商和電池廠對電池去鈷化的呼聲也越來越強。目前，一些企業在不斷降低鈷在三元鋰離子電池材料配方中的比例，甚至已開始研發無鈷電池。
為了減輕對鈷材料的依靠，三星SDI已對鋰電池配方進行了微調，目前正在改良技術試圖將鈷完全剔除，去年松下也已宣布將研發無鈷電池，其預計，該技術將在將來2～3年內在量產車中使用。大眾汽車集團正在系統地減少電池的鈷含量，計劃在未來三到五年內將其減少至5%，并致力于最終實現電池無鈷化。最近，國內蜂巢能源科技有限公司（下稱“蜂巢能源”）也面向全球首發了無鈷材料和四元材料的電芯產品。蜂巢能源方面稱，無鈷電池已具備量產條件，計劃將在2020年第三季度實現量產，其性能可以達到NCM811同等水平，電芯BOM成本可以降低約5%。
不過，從目前整個行業的情況來看，無鈷電池仍處于研發階段，為了降低鈷含量，國內電池企業大多選擇的是高鎳811的技術路線。包括比克電池、國軒高科、寧德時代、比亞迪等企業，均在高鎳811電池范疇展開積極的布局。通過提升鎳的比重，不僅能提升電池能量密度，也降低了鈷的含量，從而降低了電池成本，但這種路線依然難以擺脫對鈷的依靠。
而無鈷電池的實現可以通過創新研發使鈷在三元鋰離子電池材料配方中的比例降至為零。此外，通過研發富鋰錳基材料也可以實現，富鋰錳基材料具備工作電壓高和克容量高特點，且成本比三元材料低。目前，富鋰錳基材料的用鈷量在繼續降低，最終可以實現低鈷或無鈷。遨優動力總經理陳光森認為，隨著將來高電壓電解液技術的成熟，富鋰錳基動力電池將成為將來高比能鋰動力電池的主流產品。
“富鋰錳基這種材料成本極低，但是循環壽命是一大問題，而且富鋰錳基的正極容量較高，沒有很好的負極材料可以匹配，所以這種材料是全固態電池的理想材料，因為固態電池可以用金屬負級，配合在一起可以發揮最佳的性能。但是如果把富鋰錳基和一般的石墨配到一起，電池容量密度依然上不去，因為會受負極制約，依然有很多的技術問題要處理。”蜂巢能源總經理楊紅新對記者表示。
不過，通過三元鋰離子電池材料衍生出來的無鈷電池，其結構穩定性會在一定程度上受到影響。作為鋰離子電池的緊要原料之一，鈷能夠分明提升鋰離子電池的能量密集度。為了替代鈷，電池廠商往往會增加鎳的使用量來提升電池的能量密度。但鎳的使用量增加之后，會導致相應的電極材料的結構穩定性降低，進而影響到電池循環壽命和安全性。此外，有行業觀點認為，當鈷含量減少后，鎳含量就會相對上升。電池不能有效地冷卻，更易過熱，從而導致自燃。雖然這種風險相對較低，但一旦發生就會引起重大安全問題。此外，低鈷配方需要在特殊的干燥環境中加工，這也需要額外成本。
在楊紅新看來，取消掉鈷元素所萌生的不是安全問題，而是結構穩定性和循環壽命問題。“因為鈷是化學鍵上穩定結構的，取消鈷后結構會發生變化。但是可以通過攙雜其它元素來實現化學鍵的穩定，比如說鈦等其他元素。通過實際的探測來看，無鈷電池的BSC、熱失控的數值是好于811的，循環壽命也與811處于同一水平。”
楊紅新還談到，引起電動車自燃的原由較為復雜：一是制造缺陷，電池內部夾有異物，頻繁使用后刺穿隔膜會造成的短路、著火；二是負級離子不斷嵌入、慢慢漲出，猛然刺穿也會著火。第一類問題可以通過高度自動化的工廠、控制以及全面在線監測等手段來降低不良率。但第二類問題通過技術手段很難預測，目前仍很難處理。如果這個問題處理了，可以處理很多不明原由的自燃。
“從當前來看，高鎳低鈷依然是主要發展方向，短期內無鈷電池仍難成為主流。無鈷電池的研發要以保證安全和質量為前提，配方比例的改變會帶來一定的挑戰。”電池范疇專家曹國慶對記者表示。
聲明： 本站所發布文章部分圖片和內容自于互聯網，如有侵權請聯系刪除
