經(jīng)過(guò)這么多年的技術(shù)發(fā)展和改進(jìn),今天,一顆合格鋰電池的基本組成包括外殼、正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液等。其中,正極材料對(duì)于鋰電池的能量密度、安全性、循環(huán)壽命等起著決定性作用,占鋰電池成本的40%,其技術(shù)發(fā)展也變得尤為關(guān)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(wěn)定性和循環(huán)壽命來(lái)看,上述主流正極材料的表現(xiàn)各有千秋,這也導(dǎo)致動(dòng)力鋰電池正極材料技術(shù)路線出現(xiàn)分化。
但無(wú)論如何,對(duì)鋰電池而言,鈷金屬是必不可少的材料。
不過(guò),金屬鈷一方面價(jià)格高昂,一方面存在毒性,無(wú)論技術(shù)領(lǐng)先的日韓企業(yè)還是國(guó)產(chǎn)電池廠商近年來(lái)都致力于電池“少鈷化”。
在這種趨勢(shì)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(xué)性質(zhì)角度出發(fā),三元材料屬于過(guò)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(zhì)量分?jǐn)?shù)通??刂圃?0%左右,成本顯著下降。而且同時(shí)兼具鈷酸鋰和鎳酸鋰的優(yōu)點(diǎn)。
隨著近年來(lái)國(guó)內(nèi)外廠商不斷加碼生產(chǎn),以三元材料為正極材料的鋰電池取代商用鈷酸鋰的趨勢(shì)已十分明顯。
大到電動(dòng)汽車,小到智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備或者充電寶,這種新型技術(shù)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(duì)三元材料知之甚少。
直到特斯拉宣布在其風(fēng)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(shù)才漸漸被廣泛認(rèn)可。如今儼然已是未來(lái)動(dòng)力電池的發(fā)展方向。
公開(kāi)資料顯示,特斯拉MODEL S續(xù)航里程能夠達(dá)到486公里,電池容量達(dá)到85kWh,采用了8142個(gè)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(gè)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(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,導(dǎo)致高溫安全性差,且pH 值過(guò)高易使單體脹氣,進(jìn)而引發(fā)危險(xiǎn)。
最終,特斯拉通過(guò)有效的電力管理系統(tǒng)解決了三元鋰電池的安全性問(wèn)題,并使單位成本卻遠(yuǎn)低于其他電動(dòng)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(jí)電池廠的意向書(shū),這項(xiàng)工程可望下月動(dòng)工。
特斯拉今年2月宣布,為適應(yīng)量產(chǎn)電動(dòng)車的需求,將建造一座耗資約50億美元的超級(jí)鋰離子電池廠,預(yù)計(jì)將滿足特斯拉年產(chǎn)50萬(wàn)輛電動(dòng)車的需求,電池組每千瓦時(shí)的成本將降低逾30%。
特斯拉7日發(fā)布今年第一季度財(cái)報(bào),首席執(zhí)行官馬斯克表示,特斯拉與松下就共建超級(jí)電池廠簽署了意向書(shū),雙方已組建電池生產(chǎn)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。
松下目前是特斯拉的主要電池供貨商。根據(jù)雙方2011年簽署的協(xié)議,松下在4年內(nèi)為特斯拉提供6.4億塊汽車級(jí)鋰離子電池。這一供貨量后來(lái)又增加到18億塊。
關(guān)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(nèi)華達(dá)、新墨西哥、得克薩斯以及加利福尼亞等5個(gè)州。馬斯克表示,為最大限度減少延期風(fēng)險(xiǎn),特斯拉將在至少兩個(gè)地點(diǎn)建電池廠。
特斯拉在最新財(cái)報(bào)中說(shuō),全球市場(chǎng)對(duì)Model S全電動(dòng)汽車的需求增長(zhǎng)較快,公司今年將交付3.5萬(wàn)輛。目前特斯拉的生產(chǎn)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(wàn)美元,成為其股東之一。并且于2011年達(dá)成戰(zhàn)略協(xié)議,將負(fù)責(zé)特斯拉今后5年全部車輛的電池供應(yīng)。
電池行業(yè)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(shè)超級(jí)電池廠這一大手筆。未來(lái),三元材料電池將進(jìn)入一個(gè)全新的發(fā)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(lán)達(dá)汽車采用的是LG化學(xué)提供的三元正極材料電池。電池保質(zhì)期達(dá)到8年,行程可達(dá)16萬(wàn)公里左右。2011年,雪佛蘭Volt 沃藍(lán)達(dá)從位于上海金橋的通用汽車中國(guó)總部出發(fā),途經(jīng)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(guó)內(nèi)電動(dòng)車廠商(比如比亞迪)主流觀點(diǎn)仍是堅(jiān)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(yè)的步伐,把重點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)了三元材料?!庇醒芯咳耸空f(shuō)。
可以預(yù)見(jiàn),未來(lái)隨著電動(dòng)汽車的普及,三元材料的需求量必將進(jìn)一步上升。而且,三元材料還將在復(fù)合電池材料中占據(jù)一席之地,以更好地平衡成本和性能。
三元鋰電池 來(lái)自特斯拉的救星
[摘要]在嘗試了市面上超過(guò)300種電池后,特斯拉才認(rèn)定三元鋰電池。