三元&四元?高鎳&無鈷?……誰是未來電池材料主流技術?
發布時間:2019-11-22 13:58:00
近年來,我國動力電池業呈現出蓬勃發展的良好態勢,動力電池生產技術也在此過程中不斷創新、電池新材料的研發體系日趨完善、電池制造裝備正向著智能化的方向快速邁進……我國全固態鋰離子電池、氫燃料電池、金屬空氣電池、鋰硫電池等新型高性能動力電池的研發,也在此期間取得了突破性進展,新型電池材料、新型高性能電池產品不斷涌現。日前,在第四屆動力電池應用國際峰會(CBIS2019)“推進電池材料新技術產業化”的圓桌論壇上,與會嘉賓就動力電池新材料成果、新技術、新產品等行業熱點問題展開了廣泛、深入的交流和探討。論壇由浙江美都海創鋰電科技有限公司總經理吳海軍主持。


圖為論壇現場

圖為浙江美都海創鋰電科技有限公司總經理吳海軍主持論壇


參與圓桌討論的嘉賓北京當升材料科技股份有限公司董事、總經理李建忠表示,從目前的材料來看,三元材料電池從原來的333、523、622一路發展到現在的811,一直都在不斷地變化升級,伴隨著材料技術的不斷進步,此前很多懸而未決的難題也逐步得以解決。而大家都很關注的安全問題,其實對于材料體系而言也是熱穩定性的問題。


圖為北京當升材料科技股份有限公司董事、總經理李建忠

李建忠指出,伴隨著技術的更新迭代,材料本身在設計、工藝改進、工藝摻雜和處理等方面均有了明顯提升,對材料的熱穩定性有著較大改善。此前,給大家展示的NCM811,鎳含量最高已經達到88%了,放熱峰值已達到220-230攝氏度。就當前市場實際應用來說,特斯拉選擇搭載NCM電池,日本的NCA電池鎳含量也已達到90%以上。與此同時,我國一些動力電池企業在此方向的研發也取得了較大進展。


那么在保障動力電池安全性能的問題上,材料發揮著怎樣的作用呢?李建忠認為,首先,只有保證材料的安全可靠,才能做出安全穩定的動力電池及電動汽車;其次,對于動力電池而言,安全是一個系統的問題,并非只取決于材料的某個方面性能。如材料、電池設計及制備等各個環節,都與動力電池的安全性能緊密相關,且其中任何一個環節出現了問題,都可能會給動力電池帶來極大的安全隱患。


討論嘉賓億緯鋰能股份有限公司技術部總監何巍表示,從產業化的角度評估,新材料、新技術有兩個評價維度,首先是技術成熟度,具備好的技術方向和技術成熟度的產品,才有產業化推廣的價值;其次是新材料、新技術的應用價值,如高鎳材料811或NCA,已經在E-Bike、電動工具等方面擁有近10年的應用經驗,但目前811材料仍未完全解決動力電池應用中高安全性、高可靠性的要求。


圖為億緯鋰能股份有限公司技術部總監何巍


未來,能量密度更高、成本更低的鋰電池將是車企客戶的核心需求。對于350公里以下的續航能力需求,何巍表示在中、短期看好磷酸鐵鋰的應用,億緯鋰能也會進一步加大快充技術材料的研發;對于500公里以上續航能力需求,則持續看好三元高能量密度的材料。


討論嘉賓蜂巢能源科技有限公司總經理楊紅新表示,近期很多人提到四元材料電池,四元這個詞讓人嗅到了一種商業化包裝的氣息。就像5G要比4G好一樣,四元材料也會比三元材料好?


圖為蜂巢能源科技有限公司總經理楊紅新


就目前而言,相對成熟的三元材料電池仍有很多技術解決方案有待驗證,如一些企業在包覆、摻雜、燒結等環節提出的解決方案,通過加入鋰元素提高結構穩定性,使DSC溫度變得更高、熱穩定性變得更好。


在無鈷材料方面,楊紅新指出,無鈷材料是在鈷價大幅波動時考慮的一個解決方案,且經歷了較長的研發時間。以從三元衍生出來的無鈷材料為例,可以分為中鎳和高鎳的無鈷,其中,高鎳無鈷技術挑戰難度較大。楊紅新表示,高鎳無鈷也正是蜂巢能源正在研發的材料之一,75%的鎳且不含鈷。就當前國內市場來看,相較于同類產品,該材料在壽命、成本上的差異并不明顯,若未來鈷價上漲,則可能會凸顯出一部分優勢。


但楊紅新認為,無鈷材料很大一部分的價值點在于由鈷礦開采帶來的人權、環境等問題,非洲分散礦、手抓礦涉及到很多國際問題。目前國際市場對于無鈷材料的關注熱度不減,因其已不僅涉及材料性能的問題,歐美的OEM商就開始要求每個供應商向其提供原材料的來源,查看其中是否涉及環境和人權問題。在大的國際環境下,無鈷材料亦可作為一項儲備技術,在鈷價波動較大或資源供應緊張時,體現其戰略價值。


對于未來最理想的電池材料,楊紅新表示,未來的電池材料一定是可以支撐動力電池更安全、更輕、更小、更高能量密度、更長續航里程、更長使用壽命、更低成本的要求,這也是電池人對未來的期望。


討論嘉賓中國汽車技術研究中心有限公司副總經理吳志新表示,整車廠對于電池來說是比較靠近終端的客戶,但真正的用戶是千千萬萬的消費者。一直以來,消費者都希望動力電池可以實現更高續航、快速充電、更低價格、穩定安全……


圖為中國汽車技術研究中心有限公司副總經理吳志新


吳志新指出,近年新能源汽車安全事故頻發,也讓一部分消費者對新能源汽車望而卻步,很多時候出現電動車起火、燃燒等事故時,大家會首先質疑動力電池及其材料,這其實并不公平。從安全角度來講,沒有絕對安全的材料和設計,但是可以通過熱管理、充電管理等各個方面嚴格管控,最大限度地降低安全風險。同樣,新能源汽車的安全是總體性的安全,有本質的安全和外圍的安全,也希望消費者能夠合理使用新能源汽車。


吳志新表示,未來在總體設計方面,從零部件、系統、整車、充放電一直到車的應用,希望是以電池為中心來做開發和設計,讓車輛的價值進一步提升。吳志新指出,如果將新能源汽車上動力電池定期檢測,那么在動力電池退役進行回收或二手車交易時,就能提供更為全面、可靠的數據。同時,他也希望電池單體、電池模塊在設計之初,充分將梯次利用及報廢回收的訴求融合其中,從源頭開始,布局全局。


吳海軍總結道,今年全球新能源汽車發生了多起起火事件,很多人質疑是不是新能源材料有什么問題?其實不然,任何產業的發展都會經過萌芽、高潮、衰敗和死亡。目前,我國新能源汽車業仍然處于萌芽階段,很多工作集中在材料研發方面,因為對于新能源汽車、未來新型動力電池乃至其他領域的電池而言,上游材料的品質和性能對于產業整體的發展至關重要。


近年來,受國際宏觀經濟、資源環境的影響,上游材料價格波動較大,高鎳材料、低鈷材料的出現大多是為了順應市場需求,特別是最近兩年,高鎳材料的技術不斷突破。但不論是高鎳材料也好,其它材料也罷,安全性能應當始終是擺在第一位的,不應片面地為了“錢”一味地提升能量密度,任何技術都要循序漸進,“要錢不要命”這種做法是萬萬不可取的。


最后,吳海軍表示,目前很多企業都在做材料方面的戰略規劃,但是戰略不僅僅是要放眼未來,更應注重眼下,“既要抬頭看天,也要埋頭拉車”,只有將當前把握好的企業才會有更為廣闊的未來。


稿件來源: 電池中國網
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