三元&四元？高鎳&無鈷？……誰是未來電池材料主流技術(shù)？
發(fā)布時(shí)間：2019-11-22 13:58:00
近年來，我國動(dòng)力電池業(yè)呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的良好態(tài)勢，動(dòng)力電池生產(chǎn)技術(shù)也在此過程中不斷創(chuàng)新、電池新材料的研發(fā)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(jìn)……我國全固態(tài)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(dòng)力電池的研發(fā)，也在此期間取得了突破性進(jìn)展，新型電池材料、新型高性能電池產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。日前，在第四屆動(dòng)力電池應(yīng)用國際峰會(huì)（CBIS2019）“推進(jìn)電池材料新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化”的圓桌論壇上，與會(huì)嘉賓就動(dòng)力電池新材料成果、新技術(shù)、新產(chǎn)品等行業(yè)熱點(diǎn)問題展開了廣泛、深入的交流和探討。論壇由浙江美都海創(chuàng)鋰電科技有限公司總經(jīng)理吳海軍主持。
圖為浙江美都海創(chuàng)鋰電科技有限公司總經(jīng)理吳海軍主持論壇
參與圓桌討論的嘉賓北京當(dāng)升材料科技股份有限公司董事、總經(jīng)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(fā)展到現(xiàn)在的811，一直都在不斷地變化升級，伴隨著材料技術(shù)的不斷進(jìn)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(guān)注的安全問題，其實(shí)對于材料體系而言也是熱穩(wěn)定性的問題。
圖為北京當(dāng)升材料科技股份有限公司董事、總經(jīng)理李建忠
李建忠指出，伴隨著技術(shù)的更新迭代，材料本身在設(shè)計(jì)、工藝改進(jìn)、工藝摻雜和處理等方面均有了明顯提升，對材料的熱穩(wěn)定性有著較大改善。此前，給大家展示的NCM811，鎳含量最高已經(jīng)達(dá)到88%了，放熱峰值已達(dá)到220-230攝氏度。就當(dāng)前市場實(shí)際應(yīng)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(dá)到90%以上。與此同時(shí)，我國一些動(dòng)力電池企業(yè)在此方向的研發(fā)也取得了較大進(jìn)展。
那么在保障動(dòng)力電池安全性能的問題上，材料發(fā)揮著怎樣的作用呢？李建忠認(rèn)為，首先，只有保證材料的安全可靠，才能做出安全穩(wěn)定的動(dòng)力電池及電動(dòng)汽車；其次，對于動(dòng)力電池而言，安全是一個(gè)系統(tǒng)的問題，并非只取決于材料的某個(gè)方面性能。如材料、電池設(shè)計(jì)及制備等各個(gè)環(huán)節(jié)，都與動(dòng)力電池的安全性能緊密相關(guān)，且其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題，都可能會(huì)給動(dòng)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(shù)部總監(jiān)何巍表示，從產(chǎn)業(yè)化的角度評估，新材料、新技術(shù)有兩個(gè)評價(jià)維度，首先是技術(shù)成熟度，具備好的技術(shù)方向和技術(shù)成熟度的產(chǎn)品，才有產(chǎn)業(yè)化推廣的價(jià)值；其次是新材料、新技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，如高鎳材料811或NCA，已經(jīng)在E-Bike、電動(dòng)工具等方面擁有近10年的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，但目前811材料仍未完全解決動(dòng)力電池應(yīng)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(shù)部總監(jiān)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(xù)航能力需求，何巍表示在中、短期看好磷酸鐵鋰的應(yīng)用，億緯鋰能也會(huì)進(jìn)一步加大快充技術(shù)材料的研發(fā)；對于500公里以上續(xù)航能力需求，則持續(xù)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(jīng)理?xiàng)罴t新表示，近期很多人提到四元材料電池，四元這個(gè)詞讓人嗅到了一種商業(yè)化包裝的氣息。就像5G要比4G好一樣，四元材料也會(huì)比三元材料好？
圖為蜂巢能源科技有限公司總經(jīng)理?xiàng)罴t新
就目前而言，相對成熟的三元材料電池仍有很多技術(shù)解決方案有待驗(yàn)證，如一些企業(yè)在包覆、摻雜、燒結(jié)等環(huán)節(jié)提出的解決方案，通過加入鋰元素提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，使DSC溫度變得更高、熱穩(wěn)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(jià)大幅波動(dòng)時(shí)考慮的一個(gè)解決方案，且經(jīng)歷了較長的研發(fā)時(shí)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(shù)挑戰(zhàn)難度較大。楊紅新表示，高鎳無鈷也正是蜂巢能源正在研發(fā)的材料之一，75%的鎳且不含鈷。就當(dāng)前國內(nèi)市場來看，相較于同類產(chǎn)品，該材料在壽命、成本上的差異并不明顯，若未來鈷價(jià)上漲，則可能會(huì)凸顯出一部分優(yōu)勢。
但楊紅新認(rèn)為，無鈷材料很大一部分的價(jià)值點(diǎn)在于由鈷礦開采帶來的人權(quán)、環(huán)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(guān)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(gè)供應(yīng)商向其提供原材料的來源，查看其中是否涉及環(huán)境和人權(quán)問題。在大的國際環(huán)境下，無鈷材料亦可作為一項(xiàng)儲(chǔ)備技術(shù)，在鈷價(jià)波動(dòng)較大或資源供應(yīng)緊張時(shí)，體現(xiàn)其戰(zhàn)略價(jià)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(dòng)力電池更安全、更輕、更小、更高能量密度、更長續(xù)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(shù)研究中心有限公司副總經(jīng)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(fèi)者。一直以來，消費(fèi)者都希望動(dòng)力電池可以實(shí)現(xiàn)更高續(xù)航、快速充電、更低價(jià)格、穩(wěn)定安全……
圖為中國汽車技術(shù)研究中心有限公司副總經(jīng)理吳志新
吳志新指出，近年新能源汽車安全事故頻發(fā)，也讓一部分消費(fèi)者對新能源汽車望而卻步，很多時(shí)候出現(xiàn)電動(dòng)車起火、燃燒等事故時(shí)，大家會(huì)首先質(zhì)疑動(dòng)力電池及其材料，這其實(shí)并不公平。從安全角度來講，沒有絕對安全的材料和設(shè)計(jì)，但是可以通過熱管理、充電管理等各個(gè)方面嚴(yán)格管控，最大限度地降低安全風(fēng)險(xiǎn)。同樣，新能源汽車的安全是總體性的安全，有本質(zhì)的安全和外圍的安全，也希望消費(fèi)者能夠合理使用新能源汽車。
吳志新表示，未來在總體設(shè)計(jì)方面，從零部件、系統(tǒng)、整車、充放電一直到車的應(yīng)用，希望是以電池為中心來做開發(fā)和設(shè)計(jì)，讓車輛的價(jià)值進(jìn)一步提升。吳志新指出，如果將新能源汽車上動(dòng)力電池定期檢測，那么在動(dòng)力電池退役進(jìn)行回收或二手車交易時(shí)，就能提供更為全面、可靠的數(shù)據(jù)。同時(shí)，他也希望電池單體、電池模塊在設(shè)計(jì)之初，充分將梯次利用及報(bào)廢回收的訴求融合其中，從源頭開始，布局全局。
吳海軍總結(jié)道，今年全球新能源汽車發(fā)生了多起起火事件，很多人質(zhì)疑是不是新能源材料有什么問題？其實(shí)不然，任何產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都會(huì)經(jīng)過萌芽、高潮、衰敗和死亡。目前，我國新能源汽車業(yè)仍然處于萌芽階段，很多工作集中在材料研發(fā)方面，因?yàn)閷τ谛履茉雌?、未來新型?dòng)力電池乃至其他領(lǐng)域的電池而言，上游材料的品質(zhì)和性能對于產(chǎn)業(yè)整體的發(fā)展至關(guān)重要。
近年來，受國際宏觀經(jīng)濟(jì)、資源環(huán)境的影響，上游材料價(jià)格波動(dòng)較大，高鎳材料、低鈷材料的出現(xiàn)大多是為了順應(yīng)市場需求，特別是最近兩年，高鎳材料的技術(shù)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(yīng)當(dāng)始終是擺在第一位的，不應(yīng)片面地為了“錢”一味地提升能量密度，任何技術(shù)都要循序漸進(jìn)，“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(yè)都在做材料方面的戰(zhàn)略規(guī)劃，但是戰(zhàn)略不僅僅是要放眼未來，更應(yīng)注重眼下，“既要抬頭看天，也要埋頭拉車”，只有將當(dāng)前把握好的企業(yè)才會(huì)有更為廣闊的未來。
