近年來(lái)在中國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)政策的推動(dòng)下,新能源產(chǎn)業(yè)迎來(lái)了高速發(fā)展期,作為新能源汽車(chē)核心部件的動(dòng)力
電池產(chǎn)業(yè)也迎來(lái)了屬于自己的高光時(shí)刻,涌現(xiàn)了包括寧德時(shí)代、比亞迪等在內(nèi)的一大批具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的領(lǐng)先動(dòng)力
電池企業(yè),而寧德時(shí)代更是擊敗了行業(yè)巨頭松下公司,成為全球出貨第一的動(dòng)力電池廠商。可以說(shuō)過(guò)去的十年是中國(guó)動(dòng)力電池行業(yè)輝煌的十年,那么下個(gè)十年中國(guó)動(dòng)力電池行業(yè)將何去何從?
眾所周知,鋰離子電池最早由日本實(shí)現(xiàn)商業(yè)化,因此長(zhǎng)期以來(lái)日本在全球鋰離子電池的商業(yè)版圖中占據(jù)重要的位置,例如日本的松下、湯淺等都是全球著名的鋰離子電池生產(chǎn)商,其中松下公司借助特斯拉的東風(fēng)更是一舉坐上全球出貨量第一的寶座,雖然近年來(lái)雙方的關(guān)系并不融洽,但是特斯拉短時(shí)間內(nèi)仍然無(wú)法擺脫松下的影響。不僅如此,作為老牌的鋰離子電池強(qiáng)國(guó),日本在鋰電技術(shù)儲(chǔ)備上也絕對(duì)可以傲視群雄,NCA材料就是由日本開(kāi)發(fā),成為目前唯一能夠與三元NCM材料抗衡的材料,相關(guān)研究表明NCA材料循環(huán)壽命、過(guò)渡金屬元素溶解方面相對(duì)于NCM材料還具有一定的優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)隨著動(dòng)力電池能量密度的持續(xù)提升,容量較高的NCA材料也逐漸引起了動(dòng)力電池廠商的重視,而NCA材料生產(chǎn)技術(shù)目前主要掌握在日本產(chǎn)商手中,例如住友化學(xué)、日本化學(xué)和戶田化學(xué)等都是全球主要的NCA材料供應(yīng)商,韓國(guó)廠商Ecopro和GSEM也有少量產(chǎn)品在銷售,雖然近年來(lái)國(guó)內(nèi)原材料廠商也在NCA材料上開(kāi)始發(fā)力,但是在一些技術(shù)指標(biāo)和相關(guān)專利上,相較于日本還有較大的差距。
韓國(guó)在鋰離子電池技術(shù)上緊跟日本步伐,也涌現(xiàn)了例如三星SDI、SK Innovation、LG Chem在內(nèi)的國(guó)際領(lǐng)先的動(dòng)力電池廠商,根據(jù)韓國(guó)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)SNE Research近日發(fā)布的數(shù)據(jù),在2020年第一季度LG化學(xué)在全球動(dòng)力市場(chǎng)的占有率從10.7%躍升至27.1%,超越松下和寧德時(shí)代,首次成為全球最大的動(dòng)力電池廠商,三星SDI則憑借著6%的全球市場(chǎng)占有率排名第4,SK Innovation則憑借著4.5%的市場(chǎng)占有率排名第7,韓國(guó)動(dòng)力電池正在以歐美市場(chǎng)為陣地,發(fā)力全球動(dòng)力電池市場(chǎng)。
中國(guó)動(dòng)力電池市場(chǎng)則在新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)政策的扶持下實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展,涌現(xiàn)了寧德時(shí)代、比亞迪等具有代表性的動(dòng)力電池廠商,寧德時(shí)代雖然在2020年第一季度出貨量被LG反超,但是在此之前寧德時(shí)代已經(jīng)連續(xù)三年穩(wěn)居全球動(dòng)力電池出貨量第一的寶座,占據(jù)中國(guó)動(dòng)力電池市場(chǎng)的半數(shù)份額,而在今年2月份寧德時(shí)代拿下了特斯拉的“大單”,重回全球出貨量第一寶座之日可待。
目前全球動(dòng)力電池市場(chǎng)基本形成了中、日、韓三足鼎立的格局,其中中國(guó)是全球最具活力的動(dòng)力電池市場(chǎng),2017年中國(guó)市場(chǎng)動(dòng)力電池產(chǎn)量達(dá)到了88.7GWh,年化增長(zhǎng)率達(dá)到了29.3%,其中動(dòng)力電池為44.5GWh,超越了傳統(tǒng)的3C消費(fèi)電子,成為鋰離子電池市場(chǎng)的主力。
隨著動(dòng)力電池市場(chǎng)的快速發(fā)展,傳統(tǒng)的LCO材料正在逐漸被三元正極材料所取代,包括特斯拉在內(nèi)的眾多新能源汽車(chē)廠商為了更長(zhǎng)的續(xù)航里程,紛紛采用了三元體系的動(dòng)力電池,其中特斯拉采用的就是由日本松下提供的NCA體系的18650電池和21700電池。
三元材料之所以被稱之為三元材料主要是因?yàn)槠渲羞^(guò)渡金屬元素主要有三種,目前主流的三元材料主要有兩類:LiNixCoyMn1-x-yO2(NCM) 和LiNixCoyAl1-x- yO2(NCA),三元材料的容量隨著鎳含量的增加而提高,NCM622材料的比容量可以達(dá)到170mAh/g左右,NCM811材料的比容量則可以達(dá)到190mAh/g以上,遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的LCO材料,同時(shí)三元材料中的Co含量大幅降低,使得材料的價(jià)格顯著降低,同時(shí)三元材料相比于LCO材料還具有更好的循環(huán)壽命,這些優(yōu)勢(shì)使得三元材料在動(dòng)力電池領(lǐng)域迅速站穩(wěn)了腳跟。目前三元材料的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾點(diǎn):
1. 高鎳化
這一點(diǎn)不難理解,三元材料的比容量隨著Ni含量的提升而提升,為了獲得更高的容量,提升Ni含量是最有效的辦法,目前NCM811的技術(shù)已經(jīng)相對(duì)比較成熟,材料的比容量可達(dá)190mAh/g以上,為了進(jìn)一步提升材料的比容量,廣大材料廠家正在開(kāi)發(fā)Ni含量達(dá)到0.9,甚至更高的三元體系材料。
2. 單晶材料
高鎳三元材料雖然容量很高,但是高鎳三元材料的晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差,特別是在高電壓下容易發(fā)生析氧反應(yīng),引起材料的表面相變,單晶化是解決這一問(wèn)題的有效方法,單晶材料能夠有效的提升材料自身的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,同時(shí)較小的比表面積也能夠減少界面副反應(yīng)的發(fā)生,從而顯著的提升材料的循環(huán)性能。
歐美等國(guó)家現(xiàn)階段在鋰離子電池技術(shù)已經(jīng)處于下風(fēng),短時(shí)間內(nèi)追趕無(wú)望,所以歐美瞄準(zhǔn)了下一代鋰離子電池技術(shù)。全固態(tài)電池是目前研究最多,也得到最多認(rèn)可的下一代鋰離子電池技術(shù),固態(tài)電解質(zhì)替代傳統(tǒng)的液態(tài)有機(jī)電解質(zhì),能夠在一定程度上解決傳統(tǒng)鋰離子電池安全性較差的問(wèn)題。目前固態(tài)電解質(zhì)基本上可以分為三大類
1. 聚合物電解質(zhì)
以PEO為代表的聚合物電解質(zhì)是人們最早開(kāi)發(fā)的固態(tài)電解質(zhì),聚合物電解質(zhì)具有良好的塑性,因此比較容易解決固態(tài)電解質(zhì)存在的界面接觸問(wèn)題,因此也得到了最多的關(guān)注,但是聚合物電解質(zhì)本身常溫電導(dǎo)率較低,一般需要加熱到60℃以上使用,同時(shí)聚合物電解質(zhì)抗氧化性較差,因此無(wú)法匹配高電壓正極啊材料,這也導(dǎo)致了聚合物電解質(zhì)的應(yīng)用受到了很大的限制。
2. 無(wú)機(jī)氧化物電解質(zhì)
無(wú)機(jī)氧化物電解質(zhì),例如LLZO等材料相比于傳統(tǒng)的聚合物電解質(zhì)具有很好的常溫電導(dǎo)率,同時(shí)氧化物電解質(zhì)在高電壓下的穩(wěn)定性也更好,因此也得到了廣泛的關(guān)注,但是氧化物電解質(zhì)與電極的界面接觸較差,為了解決界面接觸問(wèn)題,高溫?zé)Y(jié)是常見(jiàn)的方法,但是這可能會(huì)引起正極材料的分解,同時(shí)也大大增加了工藝的復(fù)雜性,同時(shí)氧化物固態(tài)電解質(zhì)高昂的價(jià)格也限制了其大規(guī)模的應(yīng)用。
3. 硫化物電解質(zhì)
硫化物電解質(zhì)突出特點(diǎn)是其電導(dǎo)率高,在室溫下的電導(dǎo)率與傳統(tǒng)的碳酸酯類業(yè)態(tài)電解質(zhì)持平,因此硫化物固態(tài)電解質(zhì)也被寄予厚望,但是硫化物電解質(zhì)也存在固態(tài)電解質(zhì)的通病——界面接觸差,采用硫化物電解質(zhì)的電池往往需要施加巨大的壓力才能正常的工作,同時(shí)硫化物電解質(zhì)在空氣中水分作用下會(huì)發(fā)生分解,釋放H2S有毒氣體,因此硫化物固態(tài)電解質(zhì)對(duì)于生產(chǎn)環(huán)境的要求極高,這也導(dǎo)致了成本的升高。
經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)發(fā)展,動(dòng)力電池的市場(chǎng)已經(jīng)超越了3C消費(fèi)電子類鋰離子電池,三元材料也取代了傳統(tǒng)的LCO材料成為動(dòng)力電池主流的正極材料,更高的能量密度是未來(lái)動(dòng)力電池發(fā)展的主要方向,為了滿足這一目標(biāo),高鎳化、單晶化是未來(lái)正極材料發(fā)展的重要趨勢(shì),而在下一代電池技術(shù)上,固態(tài)電池是目前最為成熟的技術(shù),整體上來(lái)看聚合物電解質(zhì)良好的加工性能和低廉的價(jià)格是未來(lái)較有希望的一種固態(tài)電解質(zhì)。
(責(zé)任編輯:子蕊)
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