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探討新能源汽車鋰離子電池正極材料的未來發(fā)展方向以及展望

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1013次  |  2021年04月09日  

在新能源汽車新增組件中,電池系統(tǒng)的占比最高,據(jù)美國能源部下屬阿貢國家實(shí)驗(yàn)室(ArgonneNationalLaboratory)的評(píng)估報(bào)告顯示,在插電式混合動(dòng)力汽車成本構(gòu)成中,電池占比37.8%左右。在純電動(dòng)汽車成本構(gòu)成中,電池成本高達(dá)60%。目前,我國新能源汽車動(dòng)力源以動(dòng)力鋰離子電池為主,并且在未來相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間都將是如此。


正極材料作為電動(dòng)汽車動(dòng)力鋰離子電池的核心,目前商業(yè)化應(yīng)用于電動(dòng)汽車的重要包括磷酸鐵鋰、錳酸鋰和包含鎳鈷錳酸鋰((LiNixCoyMn1-x-yO2,NCM)和鎳鈷鋁酸鋰(LiNi1-x-yCoxAlyO2,NCA)兩種的三元材料。其我國內(nèi)新能源汽車主流用正極材料為磷酸鐵鋰,比如比亞迪。以特斯拉為代表的新能源汽車公司主流用正極材料為三元材料。日產(chǎn)聆風(fēng)電動(dòng)汽車采用的是錳酸鋰正極材料動(dòng)力鋰電池。


電池市場(chǎng)的產(chǎn)量和產(chǎn)量的新增,帶動(dòng)了鋰離子正極材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,《我國節(jié)能與新能源汽車國家規(guī)劃(2012~2020)》中提出,到2020年動(dòng)力鋰電池能力密度提高到300瓦時(shí)/千克以上。目前傳統(tǒng)的磷酸鐵鋰離子電池和錳酸鋰離子電池將無法滿足這一目標(biāo),公司必須研發(fā)生產(chǎn)比容量高的新型正極材料。


德國大眾汽車的技術(shù)專家認(rèn)為,未來動(dòng)力鋰離子電池提升能量密度的重要方法在于正負(fù)極材料的選擇,隨著能量密度的不斷提升,正極材料從三元材料(NCM111)逐步向高鎳三元材料(NCM811)過渡,最后發(fā)展為富鋰材料。多元材料體系中,隨著鎳含量提高,能量密度不斷提升。目前技術(shù)相對(duì)成熟的是常規(guī)的NCM111,材料的比容量達(dá)到158mAh/g。但是該材料的成本相對(duì)較高,而且由于3M的專利壟斷進(jìn)一步新增了專利使用成本,因此動(dòng)力鋰電公司為了降低成本和規(guī)避專利問題、同時(shí)為了尋求更高能量密度的材料,逐漸轉(zhuǎn)向了高鎳三元材料NCM523,甚至是NCM622和NCA。動(dòng)力型高鎳多元材料NCM622和NCA將成為電動(dòng)汽車用鋰離子電池的首選正極材料。


為了滿足2020年動(dòng)力鋰電池能力密度提高到300瓦時(shí)/千克以上的目標(biāo),高鎳三元材料之后,正極材料最后將朝著富鋰材料方向進(jìn)行發(fā)展。富鋰材料具有大的比容量(250mAh/g)和高的放電電壓(3.8V),理論能量密度高達(dá)900Wh/kg,循環(huán)壽命長(zhǎng)、成本低、污染小等優(yōu)點(diǎn)是未來動(dòng)力鋰電池的理想正極材料。美、日等國提出要在2020年下一代鋰離子電池的能量密度達(dá)到300Wh/kg,2030年能量密度則達(dá)到500Wh/kg。工信部在《我國制造2025》明確提出要建立和健全富鋰層氧化物正極材料/硅基合金體系鋰離子電池下一代鋰離子動(dòng)力鋰電池和新體系動(dòng)力鋰電池的產(chǎn)業(yè)鏈。

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隨著新能源汽車行業(yè)以及儲(chǔ)能行業(yè)的發(fā)展,預(yù)計(jì)未來正極材料行業(yè)在細(xì)分的磷酸鐵鋰以及三元材料方面將成為正極材料產(chǎn)業(yè)上升的重要驅(qū)動(dòng)力。


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