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            促進鋰電產業健康持續發展!
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            三元鋰電池來自特斯拉的救星

            鋰電中國瀏覽量:4359時間:2014-05-09 10:55:15

            在嘗試了市面上超過300種電池后,特斯拉才認定三元鋰電池。

            特斯拉電池技術總監Kurt Kelty給出的理由是:能量密度更大且穩定性、一致性更好;可以有效降低電池系統的成本;尺寸小但可控性和安全性都不斷提高。

            事實證明,Kurt Kelty的選擇絕對正確。

            在特斯拉從首款車型Roadster向目前最風靡的Model S“轉型”的4年時間里,電池組成本已經下降了約44%,并且會繼續下降。

            現在,MODEL S續航里程能夠達到486公里,電池容量達到85kWh(1kwh=1度),采用8142個3.4AH(AH,安時數,是反映電池容量大小的指標之一)的松下18650型電池。工程師們將這些電池以磚、片形式逐一平均分配,最終組成一整個電池包,放置于車身底板。

            就在昨天,特斯拉發布今年第一季度財報,首席執行官馬斯克說,特斯拉與松下達成協議,將建造一座耗資約50億美元的超級鋰離子電池廠。

            當特斯拉MODEL S在高速公路上飛馳的時候,各方對三元鋰電池的關注度也以幾何級數飛增。

            三元聚合物

            鋰電池

            是指正極材料使用鋰鎳鈷錳三元正極材料的鋰電池,鋰離子電池的正極材料有很多種,主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。目前三元材料的電芯代替了之前廣泛使用的鈷酸鋰電芯,在筆記本電池領域廣泛被使用。

            “用蘋果和安卓(智能手機)的都是好孩子,因為每天必須按時回家……充電!

            這個流傳甚廣的段子不僅調侃了當下人們對電子產品嚴重的依賴性,更有意思的是,它還折射了一種科技界的流行癥——對電池容量小、充電次數頻繁的焦慮。

            焦慮癥蔓延的時候,特斯拉出現了,還帶來一個救星:三元鋰電池。

            “旋風”突襲之前,有關電池以及充電問題的討論被不斷放大,篇幅遠遠超過特斯拉汽車的其他性能。但很快,當特斯拉最知名車型MODEL S采用三元鋰電池(即以鎳鈷鋁三元材料為正極材料的鋰電池)的消息傳出,整個電池業豁然開朗。

            大而化小。這款應用于電動汽車的技術,適時緩解了從智能手機到可穿戴設備,甚至充電寶等小型電子產品的“充電焦慮癥”。鋰電池,也正式迎來三元材料時代。

            正極材料 鋰電池之心

            我們的手機里、手表里、平板電腦里,鋰電池無所不在。

            這種在當代被廣泛應用的產品,據考證靈感最早來源于愛迪生。他曾使金屬鋰和二氧化錳發生作用,產生放電反應。

            經過這么多年的技術發展和改進,今天,一顆合格鋰電池的基本組成包括外殼、正極材料、負極材料、隔膜、電解液等。其中,正極材料對于鋰電池的能量密度、安全性、循環壽命等起著決定性作用,占鋰電池成本的40%,其技術發展也變得尤為關鍵。

            目前,主流的正極材料包括鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰以及鎳鈷錳酸鋰三元材料等。就能量密度、成本、安全性、熱穩定性和循環壽命來看,上述主流正極材料的表現各有千秋,這也導致動力鋰電池正極材料技術路線出現分化。

            但無論如何,對鋰電池而言,鈷金屬是必不可少的材料。

            不過,金屬鈷一方面價格高昂,一方面存在毒性,無論技術領先的日韓企業還是國產電池廠商近年來都致力于電池“少鈷化”。

            在這種趨勢下,以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料制備而成的鎳鈷錳酸鋰三元材料漸漸受到推崇。從化學性質角度出發,三元材料屬于過度金屬氧化物,電池的能量密度較高。

            盡管在三元材料中,鈷的作用仍不可缺少,但質量分數通?刂圃20%左右,成本顯著下降。而且同時兼具鈷酸鋰和鎳酸鋰的優點。

            隨著近年來國內外廠商不斷加碼生產,以三元材料為正極材料的鋰電池取代商用鈷酸鋰的趨勢已十分明顯。

            大到電動汽車,小到智能手機、可穿戴設備或者充電寶,這種新型技術都完全適用。

            特斯拉大手筆 三元材料迎高峰

            在特斯拉之前,各界對三元材料知之甚少。

            直到特斯拉宣布在其風靡全球的高端跑車MODEL S車型上采用三元材料作為電池正極材料,這一技術才漸漸被廣泛認可。如今儼然已是未來動力電池的發展方向。

            公開資料顯示,特斯拉MODEL S續航里程能夠達到486公里,電池容量達到85kWh,采用了8142個3.4AH的松下18650型電池。工程師將這些電池以磚、片的形式逐一平均分配最終組成一整個電池包,電池包位于車身底板。

            任何事物都有兩面性。盡管鎳鈷鋁能量密度高,但由于鎳鈷鋁的高溫結構不穩定,導致高溫安全性差,且pH 值過高易使單體脹氣,進而引發危險。

            最終,特斯拉通過有效的電力管理系統解決了三元鋰電池的安全性問題,并使單位成本卻遠低于其他電動車型,大約為416美元/kWh。

            特斯拉7日稱,該公司已與日本松下公司簽署共建超級電池廠的意向書,這項工程可望下月動工。

            特斯拉今年2月宣布,為適應量產電動車的需求,將建造一座耗資約50億美元的超級鋰離子電池廠,預計將滿足特斯拉年產50萬輛電動車的需求,電池組每千瓦時的成本將降低逾30%。

            特斯拉7日發布今年第一季度財報,首席執行官馬斯克表示,特斯拉與松下就共建超級電池廠簽署了意向書,雙方已組建電池生產的研發團隊。

            松下目前是特斯拉的主要電池供貨商。根據雙方2011年簽署的協議,松下在4年內為特斯拉提供6.4億塊汽車級鋰離子電池。這一供貨量后來又增加到18億塊。

            關于電池廠的最終選址,特斯拉尚未敲定,備選地包括亞利桑那、內華達、新墨西哥、得克薩斯以及加利福尼亞等5個州。馬斯克表示,為最大限度減少延期風險,特斯拉將在至少兩個地點建電池廠。

            特斯拉在最新財報中說,全球市場對Model S全電動汽車的需求增長較快,公司今年將交付3.5萬輛。目前特斯拉的生產能力是每周近700輛,今年年底有望增至每周1000輛。

            松下曾在2010年向特斯拉投資3000萬美元,成為其股東之一。并且于2011年達成戰略協議,將負責特斯拉今后5年全部車輛的電池供應。

            電池行業人士告訴記者,鑒于特斯拉和松下在三元材料電池方面的合作,再加上特斯拉建設超級電池廠這一大手筆。未來,三元材料電池將進入一個全新的發展高峰。

            值得注意的是,除了特斯拉MODEL S,有消息稱雪佛蘭Volt 沃藍達汽車采用的是LG化學提供的三元正極材料電池。電池保質期達到8年,行程可達16萬公里左右。2011年,雪佛蘭Volt 沃藍達從位于上海金橋的通用汽車中國總部出發,途經多種路況,完成了約248公里省道的不間斷行駛,也在一定程度上證明了這種電池高效的性能。

            “雖然國內電動車廠商(比如比亞迪)主流觀點仍是堅持采用磷酸鐵鋰電池,但也有部分電池廠商明顯踏上了追隨日韓企業的步伐,把重點對準了三元材料!庇醒芯咳耸空f。

            可以預見,未來隨著電動汽車的普及,三元材料的需求量必將進一步上升。而且,三元材料還將在復合電池材料中占據一席之地,以更好地平衡成本和性能。

            日韓技術領先 國內企業忙追趕

            從全球范圍來看,各方對三元材料的研發生產都在不斷推進。在這個過程中,材料性能大幅提升,應用領域也一再拓展。

            2009年8月,美國總統奧巴馬宣布用24億美元支持企業發展“下一代”電池和電動車計劃,三元材料電池生產企業被納入補貼范圍。

            2012年2月,我國工信部發布的《新材料產業“十二五”發展規劃》中,提出到2015年將新增正極材料產能4.5萬噸/年,將組織開發包含高效率、大容量、長壽命、安全性能能的鎳鈷錳三元系電池正極材料。

            不過截至目前,高端三元材料生產技術主要集中在日韓企業中。一些知名電池廠商從2010年就開始全面使用三元材料。

            有資料稱,日本的三元材料電池性能甚至已接近于鈷酸鋰電池。能得到特斯拉的青睞,也證明了日本廠商提供的三元材料具備高品質。

            從供應角度來看,日亞化學、韓國L&F、比利時UMICORE這三家公司是全球鋰電池正極材料主要供應商,2012年上述3家企業市場份額合計為36%。

            國內三元材料生產從2005年左右起步,截至目前也已出現了10家左右規模企業,其中不乏上市公司。

            不少企業長期與日韓電池企業保持上下游合作關系,也有企業獲得美國3M公司授權代工,總體而言,這些企業在三元材料技術制造和應用領域方面仍面臨較大的局限,幾乎沒有產品面向動力電池領域,難與日韓企業正面對抗。

            最近一則新聞顯示,中國企業終于也開始涉足動力電池領域。再生資源龍頭企業格林美近日公告稱,該公司控股子公司江蘇凱力克鈷業股份有限公司以現金5298.2萬元收購清美化學株式會社、長瀨產業株式會社、上海信銘國際貿易有限公司合計持有的清美通達鋰能59%的股權。

            而清美通達鋰能研發的重點方向就包括三元正極材料。而公司高管不久前曾透露,鎳鈷錳三元電池材料項目已在進行中,并且看好三元材料在新能源汽車領域的應用。

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