隨著新能源汽車的發展加速,對于動力電池的需求量也在加大,這樣引起了電池材料的價格增速加快,其中鈷為代表的電池主要材料價格增速最快。動力電池散熱專家稱鈷價格的快速上漲除了受到用量的加大,還受制于鈷礦資源的供不應求。
能量密度要求越來越高 高鎳成為必然
鈷在整個電池成本中僅占10%左右,但隨著鈷元素供需失衡,電池產能擴大,使許多企業對成本難以負擔。而從能量密度來看,NCM523(鎳鈷錳比例為5:2:3)能量密度最高為200Wh/Kg,而NCM622和NCA811最高分別可達230Wh/Kg和280Wh/Kg以上。可見高鎳正極材料在能量密度上有明顯的優勢。隨著能量密度要求的提升以及消費者對續航里程的延長,三元正極材料技術路線在不久的將來必然會向NCM622和NCM811轉移。
受到國家政策要求2020年能量密度300Wh/kg目標的影響,國內主流動力電池企業紛紛拋出了自己的三元電池研發目標規劃,其中電池中用高鎳三元正極材料占比較大。國內電池巨頭比亞迪旗下三元電池希望在2018年可以做到240Wh/kg,2020年可以做到300Wh/kg,正極會采用高鎳三元材料。國軒高科2020年能量密度目標是300-350Wh/kg,同樣采用高鎳三元正極材料。億緯鋰能負責人表示,高鎳型NCA(鎳鈷鋁)、NCM622和NCM811是三元動力電池是公司最主要的發展方向,公司已完成NCM622型三元動力電池規劃。
而據動力電池散熱專家了解到,寧德時代在材料上也會逐步由磷酸鐵鋰/石墨到三元、再到高鎳三元/硅碳、最后到固態鋰和空氣金屬電池演進,寧德時代在未來將致力于高鎳三元/硅碳電池研發,努力在2020前實現350Wh/kg的目標。
動力電池散熱
高鎳電池安全性問題還有待解決 散熱技術有待突破
動力電池散熱專家稱,從材料的特性來看,三元材料中鎳含量越高,則電池能量密度越高,但是穩定性越差,安全性也越差,業內人士指出,高鎳三元材料電池對制造環境、生產設備、電芯制造工藝等方面也提出了更高的要求,雖然業內發展高鎳電池材料的“調子”已定,為了在保持其高比能量的同時,兼顧循環壽命和安全性,國內材料和電池企業還在苦心鉆研。
另外三元高鎳正極材料容易發熱,可以通過材料改性優化、表面包覆、調整電解液和負極材料等方式來逐步解決,動力電池包散熱設計、工藝上都要配合高鎳電池容易發熱的特。解決發熱問題還可以從材料性方面進行,在三元材料晶格中摻雜一些金屬離子和非金屬離子,如添加21號元素“鈧”,包括日亞化學等企業,通過這種方式解決了高鎳電池的發熱問題。
在材料表面包覆技術上也需要進行技術改進,使用厚度合適的金屬化合物、鋰鹽或者某些單質,也能夠使活性物質與電解液有物理隔離,減少副反應的發生,抑制過渡金屬離子在電解液中的溶解,具有一定機械強度的非活性包覆層,還可在長期循環過程中減緩電極材料結構的坍塌,有效提高三元材料結構的穩定性。
動力電池散熱技術人員還認為,采取添加劑優化電解液,可以有效地促進電極材料表面上形成高質量的表面保護膜,同時可抑制電解液的氧化分解,據了解,比亞迪目前正加強這方面的研發。其實除了安全性以外,高鎳電池還有包括穩定性、熱管理系統、供應體系重塑等問題需要解決,目前,國內有企業已經開發出NCM811材料,但距實際應用還有不少差距。
“在電池之外電池包之內加強散熱,也不失為解決動力電池散熱的一種可行方式。也對于提升動力電池的安全性有很好輔助作用。”管熱熱能的動力電池熱管理技術人員稱。