鉅大LARGE | 點擊量：1252次 | 2021年11月19日
動力鋰電池正/負材料的選擇與技術(shù)攻關(guān)
“更高、更快、更強”是耳熟能詳?shù)膴W林匹克競技精神，這句奧林匹克運動的格言由現(xiàn)代奧林匹克運動的發(fā)起人顧拜旦提出，闡述了奧林匹克運動不斷進取、永不滿足的奮斗精神。
切換到電動汽車行業(yè)，作為其心臟的動力鋰離子電池，在電池材料選擇與技術(shù)攻關(guān)等方面，研發(fā)新的技術(shù)，供應(yīng)更高的能量密度，實現(xiàn)更遠的續(xù)航里程，是目前行業(yè)面對的一個挑戰(zhàn)與研究熱點。
據(jù)我國汽研中心北京工作部動力鋰離子電池研究室專家方凱正介紹，新能源汽車產(chǎn)量的上升帶動了動力鋰離子電池配套電池上升，前三季度，動力鋰離子電池配套總量超過了121億瓦時，其中純電動汽車型的配套量是110億瓦時，插電混動車型配套量是11億瓦時。搭乘動力鋰離子電池行業(yè)發(fā)展之勢，產(chǎn)業(yè)研究者也在不斷地研究提高動力鋰離子電池能量密度，實現(xiàn)其“能量密度更高、動力更強、續(xù)航更遠”發(fā)展目標的技術(shù)研發(fā)之路。
技術(shù)路線多樣化
湖南杉杉能源科技股份有限公司研究院副院長譚欣欣表示，作為電池領(lǐng)域重要的原材料供應(yīng)商，杉杉會考慮不斷提升電池材料的放電比容量，以及充放電電壓，同時會考慮它的功率密度和日歷壽命，包括循環(huán)、副反應(yīng)等等。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
杉杉能源是杉杉股份的一個子公司，成立于2003年，旗下有湖南杉杉新能源和寧夏杉杉新能源兩家子公司。在未來電動汽車續(xù)航里程達到400-500公里、電池使用壽命10年甚至更長等方面的挑戰(zhàn)之下，湖南杉杉研究院在高性能動力三元材料上會繼續(xù)展開技術(shù)攻關(guān)與研發(fā)，從而滿足下游動力鋰離子電池廠的需求。
就材料選擇而言，高鎳三元材料已經(jīng)成為了行業(yè)的熱門首選。因為它比磷酸鐵鋰和低鎳三元材料在比能量上具備更大的優(yōu)勢。公司的相關(guān)技術(shù)研發(fā)投入也紛紛跟進。
假如要提升電池能量密度，在甄選擇材料時，湖南杉杉研究院譚欣欣院長指出：“一款高性能的動力三元材料，并不是簡簡單單地突出其中某一個系列或者兩個系列，假如說有一個系列做不到，我想絕對不是一款好的正極材料。”
他同時提到了相關(guān)四個可能性技術(shù)研發(fā)路線。第一個是大家最為熟知也是最為普及用到的鎳含量提升路線；第二個是中鎳高電壓開發(fā)路線；第三個是高鎳高電壓開發(fā)路線；第四是高電壓LCO開發(fā)路線。從能量密度角度來講，隨著鎳含量的提升，電池整體能量密度會越來越高，電量的提升也會帶來提高，同時高電壓鈷酸鋰因為有電壓平臺和高容量，整體能量密度也會比較高。
然而在大家都在談高鎳容量達到300Wh/kg、甚至400Wh/kg時，譚欣欣也提到，就現(xiàn)狀而言，高鎳材料，尤其是80%以上鎳含量的材料，在今年整個國內(nèi)市場的占比不到1%，高能量密度正極材料在國內(nèi)的推廣、使用或許還要一定的時間，而且整個行業(yè)要防止過多的炒作、局部的過熱。
正極材料高鎳化
十一月二十二日，工信部裝備工業(yè)司公布了《汽車動力鋰離子電池行業(yè)規(guī)范條件（2017年）》（征求意見稿），擬對2015年公布執(zhí)行的《汽車動力蓄電池行業(yè)規(guī)范條件》（以下簡稱《規(guī)范條件》）進行修訂。這對動力汽車動力蓄電池公司做優(yōu)做強，建立產(chǎn)品規(guī)范和質(zhì)量保障體系，加強技術(shù)和管理創(chuàng)新，提高產(chǎn)品研發(fā)和制造水平，提升產(chǎn)品性能和質(zhì)量提出了依據(jù)。
賽迪顧問投資部總經(jīng)理吳輝統(tǒng)計，2016年1-十月份，國內(nèi)動力鋰離子電池出貨量排名前十公司的總出貨量就達到了約11390.5MWh。隨著純電驅(qū)動汽車產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展以及動力鋰離子電池行業(yè)的日趨火爆，動力鋰離子電池的能量密度向著越來越高方向發(fā)展，這對正負極電池材料提出更高要求。
就動力鋰離子電池發(fā)展趨勢而言，正極材料基本上三大類，負極材料以碳材料為主，硅碳材料、熱點材料也都在做研究，其中氧化物是以鈦酸鋰為重要的材料選擇。
“正極材料會逐步過渡到三元材料為主”當升科技總經(jīng)理陳彥彬認為。在高能量密度三元材料研發(fā)方面，當升科技一直走在了行業(yè)前列。通過提升鎳材料含量，不斷提升電池能量密度是一條可行性技術(shù)路線。但是采取何種具體的技術(shù)路線，比如，先走高鎳還是走高電壓，就可能會因公司而異了。
陳彥彬解釋到：“從整體國際趨勢來看，采取的路線都是先走高電耗，然后做高電壓。”
如今，高能量密度的正極材料正在日益成為電池行業(yè)的發(fā)展主流，有消息稱，國內(nèi)產(chǎn)品工藝領(lǐng)先的正極材料生產(chǎn)公司都紛紛開始研究生產(chǎn)高鎳三元材料，高鎳三元材料的某些類型，比如，622型、811型也陸續(xù)開始小批量生產(chǎn)，一些公司已經(jīng)在下游公司中進行試驗應(yīng)用。而且，622型和811型的容量比分別可達160mAh/g和180mAh/g，較目前的532型和111型都有一定程度的提高。
陳彥彬也提到，高鎳化相有關(guān)高電壓來講還是首選的方向。高鎳材料的最終目標是811型，811型材料也更具發(fā)展前途。當升科技做高能量密度走的是高鎳化路線，也做一些中高鎳的高電壓，同時也會從前軀體、燒結(jié)、摻雜、表面處理等方面提升電池的壽命和安全性。
要做高鎳材料要解決壽命、存儲安全等方面的問題，要從前軀體、潮解、摻雜、表面各個環(huán)節(jié)做到最優(yōu)化。有關(guān)高鎳化的壽命是否有問題，陳彥彬也表示，當升科技的研發(fā)技術(shù)能夠保證容量在提升20毫安時基礎(chǔ)上壽命不會受到影響。
負極材料加大研發(fā)
到2025年，動力鋰離子電池如何實現(xiàn)高能量密度快充？在快充類負極材料領(lǐng)域，貝特瑞一直在研發(fā)一款復合形高能量密度的負極材料，通過電池廠和整車廠的緊密合作做到電池能量比300Wh/kg、整車續(xù)航里程500公里，貝特瑞技術(shù)總監(jiān)閆慧青如此解答。
閆慧青也表示，貝特瑞在四種負極材料進行了技術(shù)開發(fā)，即快充石墨負極材料、快充軟碳/硬碳的材料、快充硅系列材料、快充碳酸鋰的負極材料。
目前，國內(nèi)電池公司開發(fā)的電池基本上還是以磷酸鐵鋰離子電池為主，普遍應(yīng)用在乘用車、專用車、大巴車等。閆慧青說到：“提高磷酸鐵鋰的能量密度首先要做好負極，我們一直在持續(xù)開發(fā)負極材料，在做高能量密度的磷酸鐵鋰離子電池，從粉體本身的加工學來看，正極、負極或者三元材料，在電池整體的壓實密度提升和容量提升方面有異曲同工的技術(shù)，所以我們也在開發(fā)高能量密度的磷酸鐵鋰離子電池，努力把電池容量提上去，把壓實密度提上去。尤其是壓實密度，因此，我們做了球型的磷酸鐵鋰。同時，我們把高端的負極材料應(yīng)用到其中，從而提升整個磷酸鐵鋰離子電池的能量密度?！?/p>
相比之下，工業(yè)技術(shù)研究院材料研究部資深研究員呂學隆則認為：“其實，去年已經(jīng)有電池廠家開始提到用三元材料做參混的做法，第二種就是把磷酸鐵鋰直接作為一種正極材料的解決方法，提高能量密度。其他學術(shù)研究單位，比如哈工大也有包含磷酸釩鋰的技術(shù)。差別是在于，似乎有關(guān)正極材料廠家來說，現(xiàn)階段對磷酸釩鋰的解決方法還沒有有效的方法。”
現(xiàn)在對電動汽車整車續(xù)航里程要求越來越高了，有關(guān)動力鋰離子電池而言，假如說現(xiàn)在要求它的能量密度提高一倍的話，它的技術(shù)難點存在于多個方面。
天津力神電池股份有限公司（簡稱“力神”）副總工程師蘇金然分析到，現(xiàn)在鋰離子體系下，達到350瓦時/公斤的確還要一些努力?，F(xiàn)在的NCA、鎳材料、硅碳負極材料等方面尚需做一些探討，但是硅碳負極材料真正用到動力鋰離子電池上還要克服一些技術(shù)難題，比如它的循環(huán)特性、膨脹特性等等。
據(jù)預(yù)計，到2020年國內(nèi)鋰離子動力鋰離子電池能量密度將達到350瓦時/公斤。對此，蘇金然認為這將對技術(shù)的要求非常高，假如單純地用現(xiàn)在的鋰離子電池體系，可能很難達到這個能量密度值。
因此，對一些新的動力鋰離子電池正極材料、負極材料甚至隔膜材料，應(yīng)該做一些深入地研究，假如在這些方面沒有突破的話，技術(shù)水平提升或?qū)⑹盏较拗啤Ａι褚灿袑ｉT的團隊在做這方面的工作。
從電池材料體系來看，我國電子科技集團公司十八所肖成偉主任表示，電池負極材料基本上以碳為主，正極材料也會有大的變化，包括錳酸鋰、鈷酸鋰等一些材料等。
從整個發(fā)展產(chǎn)業(yè)趨勢來看，希望通過一些不同材料體系選擇，來開發(fā)產(chǎn)業(yè)化能量密度越來越高的混合動力鋰離子電池，實現(xiàn)在新能源車領(lǐng)域的規(guī)模化應(yīng)用。
但是肖成偉分析到，從現(xiàn)在國家頒布的一些技術(shù)發(fā)展路線圖以及下一步的補貼政策來看，國家還是在向著高比能電池的方向做一些引導。各個電池公司在盡可能提高磷酸鐵鋰離子電池能量密度的同時，下一步也會加大力度開發(fā)和推廣三元電池的一些產(chǎn)品。
動力鋰離子電池研發(fā)技術(shù)是影響電動汽車推廣應(yīng)用的一個重要因素。作為動力鋰離子電池性能的重要指標之一，提高能量密度只是方法之一，整個動力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)還要通過提高功率密度、使用壽命、研發(fā)新材料技術(shù)等方式，降低成本，提升動力鋰離子電池的整體性能。
下一篇：磷酸鐵鋰與三元電池將會長期并存
