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    三元鋰電池中“811”爭論點究竟是什么?

    發布日期:2020-09-15  來源:汽車預言家

    核心提示:三元鋰電池中“811”爭論點究竟是什么?
    近日,新能源汽車領域對于寧德時代是否放棄NCM811路線的討論仍在發酵,雖然寧德時代官方已經正面回應“短期內811仍將作為寧德時代的主攻戰略”,但這并未能平息外界的爭論。
     
    多家國際機構預測,高鎳三元材料電池將在未來幾年中成為動力電池的主力,能量已經邁上300Wh/kg的臺階,未來隨著降低鈷含量、提升鎳含量,能量密度還將進一步增長。在全球電動化趨勢下,動力電池行業對高鎳三元電池呼聲越來越高,電池能量密度、循環壽命、成本控制等問題成為電池生產商們關注的核心。
     
    高鎳電池路線究竟有沒有問題?電池安全問題該如何解決?誰才是未來動力電池的主導力量?已經成為外界不解所在。
     
    1高鎳路線究竟有沒有問題?
     
    最新電池數據顯示,2020年1-7月,我國動力電池裝車量累計22.5GWh。在市場中商業化比較充分的磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料四種電芯路線中,三元電池裝車量累計15.9GWh,占總裝車量70.6%;磷酸鐵鋰電池裝車量累計6.5GWh,占總裝車量28.8%。
     
    可以發現,三元材料電池已經占據動力電池裝車的絕對份額。什么是三元材料?以寧德時代811為例,即正極材料中為鎳鈷錳,同時含量比例為8:1:1的三元鋰電池。除了NCM811之外,目前市場還有以NCM523(鎳鈷錳比例5:2:3)和NCM622(6:2:2)為代表的三元鋰電池,都是電池廠的主流路線。
     
    上述成分的不同點在于鎳含量高低,一般來講,鎳可以提高材料活性,從而提高能量密度,這意味著鎳含量越大,電池性能越好。在實際應用中,搭載NCM811電池的車型系統能量密度可以達到170Wh/kg以上,對應續航里程可以接近700KM。因此,市面上根據車型級別對電池種類進行細分,NCM811成為續航700KM以上電動車的首選,NCM523則供應500-700KM車型。
     
    當然,不能否定磷酸鐵鋰的市場空間。對于當下環境中,磷酸鐵鋰安全性更好,電池壽命更長、車型也更加耐用,車企更容易向消費者讓渡價值,因此磷酸鐵鋰更加適用于城市公交用途,同時也適用于500KM的純電動車型,在儲能層面,磷酸鐵鋰也更具優勢。
     
    相關數據顯示,2019年全年高鎳電池裝機量已經突破3GWh,相關機構預測,隨著寶馬、大眾、通用等多家汽車制造商宣布導入高鎳電池,未來高鎳電池的市場需求還將進一步增長。在此背景下,韓國電池企業SK創新已準備好生產NCM 9/0.5/0.5電池,與此同時,LG、三星和松下等日韓電池企業也在加快其無鈷電池開發量產進程,其中,LG將在2021年向通用提供90%鎳的三元鋰電池。
     
    除了市場導向外,三元材料中鈷成本的上漲也推動企業通過“降固增鎳”的方式緩解成本壓力。自2017年以來,鈷原料價格不斷上漲,目前,國內硫酸鈷、氯化鈷成交價格在5.4萬-6.6萬元/噸,電解鈷均價更是曾高達67.4萬元/噸。按照行業人士說法,無鈷疊片電池比811在電芯層級的成本價格要低約8%-10%。綜合來看,高鎳電池路線并沒有問題。
     
    2電池安全配套是多方協同的事情
     
    由于鎳的比重越高,對應電池的能量密度越高,電池續航得以提升外。鎳作為金屬活性相對較高的元素之一,意味著比重越高,電池的穩定性和安全性就越差。因此,811電池的配套主被動安全方案,也是對整個供應鏈也是一次巨大的挑戰。
     
    在行業人士看來,高鎳正極必須搭配技術壁壘極高的硅碳負極、陶瓷隔膜以及高電壓電解液等配套材料才能充分發揮高能量密度的優勢。國家新能源汽車創新工程專家組組長王秉剛在接受汽車預言家采訪時表示:“對于電動車而言,要考慮的是整車安全性架構,通過傳感器、電控系統、絕緣材料、更加堅硬的外殼避免熱失控。如今,新能源車已經400萬輛,市場推廣程度證明三元材料的電池是安全的,引發電動車起火的具體原因也不能完全佐證就是三元材料的原因。”

    業界不斷反思安全問題,盲目追求高能量密度一度成為眾矢之的。但新能源車安全事故主要是由熱失控引起,熱失控不僅僅是結果,原因也錯綜復雜,事故源頭難以明確,安全性問題應得到高度重視。中國科學院院士歐陽明高曾介紹,電動汽車動力電池的安全包括本征安全、被動安全、主動安全。”也正如王秉剛所說,400萬市場容量已經證明電池本征安全已經逐步完善,因此在被動安全和主動安全環節,依然還有很大的改善空間。
     
    如何解決電池組的被動安全和主動安全問題也是行業內面臨的巨大挑戰。隨著鎳含量的提高,正極材料的穩定性隨之下降,循環充放電的容量損失和高溫環境容量加速衰減。對此中國動力電池創新聯盟副秘書長王子冬提出,電池組充電時的安全管理是關鍵,特別是在快速充電時,電池組內電池的差異加大,沒有完善的電池成組安全性管控和熱管理技術,電池的安全性和長壽命循環就無法保證。
     
    目前,減少電極的厚度、改變電池結構、以及更適合快充的材料選擇是動力電池領域加速探索的版塊,但從成本角度來看,上述改變都將增加動力電池的生產成本,與此同時,降低能量密度,也會降低動力電池系統的壽命,因此,電池安全問題不能僅停留在對于材料選擇層面的討論,更需要綜合行業的力量,從整體考慮進行優化。“多方協同完善是動力電池良性發展的根本”,王子冬如此向汽車預言家說到。與此同時,包括歐陽明高在內的多位業內人士都認為,可以在主動安全方面引入人工智能、大數據、云平臺,為提升電池管理、電池預警、電池充電控制和電池壽命預測與評估的技術水平,隨著應用推廣,整車廠和電池廠更多數據的積累,有利于安全預警技術的進一步完善。
     
    3高鎳三元鋰擁有更大提升空間

    可以肯定的是,三元材料電池對于新能源車來講,確實提升了很強的性能。從最初NEDC 300KM續航到如今NEDC 650KM續航里程,三元材料電池的提升作用顯而易見。
     
    清華大學汽車工程開發研究院常務副院長、汽車安全與節能國家重點實驗室副主任宋健在接受汽車預言家采訪時表示:“從材料看,磷酸鐵鋰電池目前的能量密度已經接近其物理極限,從長遠來看,高鎳三元鋰更適宜長久發展。”
     
    汽車預言家通過梳理三元鋰與高鎳三元鋰差異,同時結合專業人士觀點后發現,對于動力電池安全性問題,是可以通過“軟手段”解決的。目前,從全球電池企業以及整車制造企業推進“無鈷電池”研發進程來看,作為三元材料中最不穩定的鈷,是可以被其他材料替代的。通過降低鈷的比例,提升鎳含量,將來完全可以達到800km、1000km續航。
     
    相比于130℃結構崩塌的鈷而言,鋰和錳、鋁擁有更高寬容度。雖然從某種程度上來講,業內對于三元材料電池的使用趨于謹慎,但不變的是,高性能始終是電動車戰勝燃油車的核心。與此同時,需要注意的是,作為頭部電池企業的寧德時代并非只走NCM811一條技術路線,同時也透露下一代將瞄準無金屬電池,也就是沒有鎳鈷的鋰電池方向。

     
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