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中國動(dòng)力鋰電池關(guān)鍵材料該如何獲得技術(shù)突破?

荷葉塘 ? 來源:電子發(fā)燒友 ? 作者:程文智 ? 2019-09-02 19:58 ? 次閱讀
新能源汽車中,動(dòng)力電池是其最為核心的零部件,在整車的價(jià)值重占比也很高。這幾年隨著新能源汽車的發(fā)展,帶動(dòng)了汽車動(dòng)力電池的發(fā)展,特別是國內(nèi)的電池和電池關(guān)鍵材料技術(shù)的發(fā)展。
那目前國內(nèi)動(dòng)力鋰離子電池的發(fā)展現(xiàn)狀如何,其關(guān)鍵材料技術(shù)如何突破,以及未來的發(fā)展方向是什么呢?深圳市研一新能源材料有限公司董事長岳敏在8月30日的第二屆中國國際新能源汽車全產(chǎn)業(yè)鏈高峰論壇智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展戰(zhàn)略峰會(huì)上,做了詳細(xì)的解讀。
圖1:深圳市研一新能源材料有限公司董事長岳敏在闡述動(dòng)力鋰離子電池的現(xiàn)狀。

鋰離子動(dòng)力電池發(fā)展現(xiàn)狀

從2014年開始,我國對(duì)新能源汽車行業(yè)包括直接補(bǔ)貼在內(nèi)的支持政策落地,驅(qū)動(dòng)國內(nèi)新能源汽車進(jìn)入快速發(fā)展通道。新能源汽車銷量的增長,使得動(dòng)力電池的需求量大幅增加。從出貨量上來看,在2018年,國內(nèi)電池企業(yè)寧德時(shí)代在動(dòng)力電池裝機(jī)量方面為24.0GWh,排名第一。松下以22.0GWh的出貨量緊隨其后。
圖2:2018年全球動(dòng)力電池出貨量排名。(數(shù)據(jù)來源:GGII)
雖然出貨量方面國內(nèi)企業(yè)處于領(lǐng)先地位,松下等企業(yè)的出貨量在減少,但從動(dòng)力鋰離子電池的技術(shù)來看,還是松下、三星SDI、LG化學(xué)和SKI幾家企業(yè)占優(yōu)。特別是在高能量密度和先進(jìn)電池技術(shù)方面,日本企業(yè)具有突出的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。岳敏認(rèn)為,中國企業(yè)在2~3年內(nèi)都難以追上。
在鐵鋰和人造石墨的應(yīng)用方面,以寧德時(shí)代和比亞迪為代表的中國企業(yè)現(xiàn)在已經(jīng)具有不少優(yōu)勢(shì)了。
他同時(shí)提到,現(xiàn)在有不少資金在涌入動(dòng)力鋰離子電池領(lǐng)域,但在他看來,動(dòng)力電池要做好,只是有資金是不夠的,還需要對(duì)行業(yè)有充分了解的人才才行?!昂唵瓮趲讉€(gè)人,就想把動(dòng)力電池做好的時(shí)代已經(jīng)過去了?!彼谘葜v中表示。
老實(shí)說,這幾年,中國的電池企業(yè)的進(jìn)步是很快的,但也有一些問題。岳敏舉例說,“首先,中國的電池企業(yè)有點(diǎn)急功近利,還有很多東西沒有想明白,就直接上了。其次,他們對(duì)行業(yè)的本質(zhì),未來趨勢(shì),消費(fèi)者需求缺乏認(rèn)知和長遠(yuǎn)思考,習(xí)慣一窩蜂和趨同跟風(fēng)。還有,最為重要的是,國內(nèi)企業(yè)往往缺乏對(duì)市場和消費(fèi)者真正的敬畏,缺乏對(duì)人性發(fā)自內(nèi)心深處的敬畏,為了賺錢不惜一切手段,為了拿補(bǔ)貼沒有不敢做的?!?/div>
與我們國內(nèi)企業(yè)補(bǔ)貼在哪里,業(yè)務(wù)就在哪里不用,日韓的動(dòng)力電池企業(yè)往往在很多年前就開始了技術(shù)預(yù)研和產(chǎn)品開發(fā),他們更注重市場和消費(fèi)者的需求,不為眼前利益與短期利益所動(dòng),不受政策變化而調(diào)整。
岳敏指出,這些日韓動(dòng)力電池企業(yè)有耐心,懂得舍得,也有著深厚的技術(shù)積累,其汽車用電池已經(jīng)到了可以商品化的時(shí)期。
他拿他自己3年前購買的特斯拉舉例說,那輛特斯拉已經(jīng)行駛了10萬公里,但電池衰減還不到30公里。

動(dòng)力電池的四大關(guān)鍵主材

動(dòng)力電池有四大關(guān)鍵材料,那就是負(fù)極材料、正極材料、電解液和隔膜。岳敏認(rèn)為,未來鋰離子電池材料一定是中國企業(yè)說了算,因?yàn)橹袊囯x子電池材料供應(yīng)商已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從“模仿-跟進(jìn)-趕上”的跨越,現(xiàn)在已經(jīng)處在陸續(xù)“趕超”的路上。
在正極材料方面,國內(nèi)企業(yè)不論是技術(shù),還是規(guī)模都正在形成“后來居上”之勢(shì),未來發(fā)展前景可期;
在負(fù)極材料方面,國內(nèi)企業(yè)具有全面領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì),行業(yè)地位已經(jīng)形成,短期內(nèi)難以被超越;
在電解液方面,由于專利和核心添加劑被外企把控,加之配方又受制于客戶端,國內(nèi)電解液廠家實(shí)際上已經(jīng)淪為了代工廠;
在隔膜方面,國內(nèi)企業(yè)技術(shù)進(jìn)步緩慢,新的體系未獲得突破,未能從本質(zhì)上解決問題,行業(yè)需要攪局者。岳敏舉例說,為了提高隔膜的熱穩(wěn)定性和對(duì)電解液的浸潤性,國內(nèi)企業(yè)一般都會(huì)在隔膜上涂上一層陶瓷或者有機(jī)物涂膠,最多的甚至?xí)可?層,雖然涂層后性能會(huì)有所提升,但同時(shí)也占用了電池空間,增加了電池重量。
此外,電池輔助材料雖然很重要,但一直不被國內(nèi)企業(yè)所重視,因此輔助材料長期被外企所壟斷,也最容易被卡脖子。
現(xiàn)在很多國內(nèi)的電池材料供應(yīng)商已經(jīng)開始起來,跟寧德時(shí)代一起成長起來的供應(yīng)商有正極材料供應(yīng)商當(dāng)升科技和廈門鎢業(yè);負(fù)極材料供應(yīng)商江西紫宸和凱金能源;電解液材料供應(yīng)商天賜材料、新宙邦和江蘇國泰;隔膜材料供應(yīng)商上海恩捷和星源材質(zhì)。
目前,日韓電池企業(yè)的主要供應(yīng)商仍為日韓材料企業(yè),雖然在品質(zhì)方面較國內(nèi)企業(yè)有一定的優(yōu)勢(shì),但采購成本較高,隨著國內(nèi)材料供應(yīng)商的生產(chǎn)技術(shù)不斷優(yōu)化,日韓企業(yè)也開始導(dǎo)入國內(nèi)關(guān)鍵主材供應(yīng)商。比如,松下在正極材料供應(yīng)商上導(dǎo)入了廈門鎢業(yè);負(fù)極材料供應(yīng)商導(dǎo)入了貝特瑞和江西紫宸等等。
圖3顯示了四大電池企業(yè)的主要材料的供應(yīng)商。
圖3:四大電池企業(yè)的主要材料供應(yīng)商。(資料來源:互聯(lián)網(wǎng),公司官網(wǎng))

關(guān)鍵材料技術(shù)如何突破

在岳敏看來,關(guān)鍵材料的技術(shù)突破應(yīng)該主要還是要看應(yīng)用場景,然后根據(jù)應(yīng)用場景來決定如何突破技術(shù)瓶頸。比如說未來新能源汽車將會(huì)是主流趨勢(shì),都在說長續(xù)航里程的新能源汽車,但什么樣的新能源汽車是消費(fèi)者最實(shí)用的呢?
他認(rèn)為如果作為城市代步車的話,其實(shí)沒有必要追求500公里以上續(xù)航里程的新能源汽車,因?yàn)槠匠N覀兩习鄟砘鼗静粫?huì)超過200公里,太長的續(xù)航里程只會(huì)增加成本而已。因此,岳敏覺得新能源汽車應(yīng)該劃分為國民車和高檔車更為合適。
如果這樣劃分的話,動(dòng)力電池就會(huì)有適用國民車的磷酸鐵鋰電池和適用高檔車的三元鋰電池?!盎谶@個(gè)判斷,可以得出正極材料的主流方向,一個(gè)是磷酸鐵鋰,解決安全和成本問題,適合國民車;二是高鎳正極,解決續(xù)航里程和成本問題,適合高檔車?!痹烂舯硎?。
而高鎳正極材料的技術(shù)突破在于短程化,以解決成本問題,具體就是縮短從礦山到三元材料的過程;當(dāng)然,也需要跨界創(chuàng)新解決安全問題,系統(tǒng)化解決,而不是單一途徑去解決,因?yàn)閱我煌緩讲豢赡軓氐捉鉀Q問題;還有需要具有工匠精神,精心研究工藝和工程問題;最后要做到正極少鈷,或者無鈷,以進(jìn)一步降低成本。
鐵鋰正極材料的技術(shù)突破方向則在于:一是,短程化,解決成本問題;二是,需要一體化技術(shù);三是,高能量密度,極片密度需要2.8g/cc;四是,LFP補(bǔ)鋰添加劑應(yīng)用,這是鐵鋰電池能量密度達(dá)到200~220wh/Kg的關(guān)鍵。
在負(fù)極材料的技術(shù)突破方面,對(duì)于碳負(fù)極材料,需要提升天然石墨和人造石墨的性能,降低他們的價(jià)格;對(duì)Si系負(fù)極材料,需要徹底顛覆其工藝技術(shù),從裝備開始,就要兼顧循環(huán)再利用問題。最終通過跨界融合創(chuàng)新的辦法,將SiOx和納米硅做到4.0萬/噸以內(nèi)。
對(duì)于其他類型的負(fù)極材料,目前還不適用,或者還不能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
在隔膜技術(shù)突破方面,由于隔膜的功能主要是導(dǎo)離子和隔電子??蛻裟壳懊媾R的痛點(diǎn)是安全系數(shù)不夠高,限制了高能量密度設(shè)計(jì)。
其解決思路是從本質(zhì)上解決,而不是被動(dòng)解決。最好不用涂層就直接適用,而不是像現(xiàn)在這樣需要涂多層涂層。
此外,電池輔助材料技術(shù)其實(shí)是一個(gè)被遺忘的核心關(guān)鍵,它決定了電池的整體性能。
總的來說,動(dòng)力電池關(guān)鍵材料技術(shù)突破的思路有,材料功能化,流程短程化;系統(tǒng)化,集成化開發(fā);跨界融合創(chuàng)新;簡單化幾種。
岳敏強(qiáng)調(diào),技術(shù)突破沒有捷徑可走,只能靠持續(xù)的積累,厚積薄發(fā)。

動(dòng)力電池的發(fā)展方向

就目前來說,鋰離子電池是用于新能源汽車的不二之選,短期內(nèi),其他電池難以取代它而成為主流。全固態(tài)電池雖然感覺很好,但是目前還不適用。在他看來,350wh/Kg可能就是燃油車與新能源汽車PK的臨界點(diǎn)。
對(duì)于燃料電池,岳敏感嘆說,“估計(jì)我這輩子都難以看到燃料電池真正商業(yè)化了,它聽起來是個(gè)好東西,但是轉(zhuǎn)化效率、資源和安全性等一系列問題需要解決,而且每個(gè)問題解決起來都很棘手?!?/div>
最后,他總結(jié)說,從鉛酸電池,堿性電池發(fā)展這么久了都還沒有被替代,就可以看出,鋰離子電池起碼還有30年的發(fā)展期,“我們不排斥新技術(shù),新事物,但還是要現(xiàn)實(shí)一點(diǎn),鋰離子電池發(fā)展幾十年了,已經(jīng)有一定的基礎(chǔ),有積淀,還是要沉下去,聚焦鋰電,這樣對(duì)推動(dòng)新能源的發(fā)展更具現(xiàn)實(shí)意義。”
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