一位不愿具名的電池業(yè)內(nèi)人士告訴新材料在線，動力電池高能量密度化將是新能源汽車發(fā)展的方向之一。“同等條件下對比，鋰電池的能量密度差汽油太多，新能源汽車的發(fā)展任重而道遠(yuǎn)。”
國軒高科總裁方建華曾表示：“伴隨著電池技術(shù)發(fā)展，也需要國內(nèi)向能量密度更高的鋰電池過渡。”
解開能量密度困局
《行動方案》要求動力電池關(guān)鍵材料及零部件取得重大突破。到2020年，正負(fù)極、隔膜、電解液等關(guān)鍵材料及零部件達(dá)到國際一流水平，上游產(chǎn)業(yè)鏈實(shí)現(xiàn)均衡協(xié)調(diào)發(fā)展，形成具有核心競爭力的創(chuàng)新型骨干企業(yè)。
該方案對于電池比能量的要求勢必會引發(fā)新一輪高能量密度材料熱潮。遠(yuǎn)東福斯特新能源有限公司總經(jīng)理蔡棟曾在接受采訪時(shí)表示，在電池包的成本構(gòu)成中，上游原材料占近70%的份額，部分原材料漲價(jià)讓電池廠商束手無策。鋰業(yè)分析師墨柯認(rèn)為，在動力電池中成本占比約30%的三元材料逆市漲價(jià)，將給動力電池和汽車廠商帶來不小的成本壓力。
三元材料的擴(kuò)產(chǎn)是為了響應(yīng)政策和市場對于高能量密度電池的需求。那如果要達(dá)到《行動方案》上列出的目標(biāo)，四大關(guān)鍵材料該做出怎樣的改進(jìn)呢？
“正極材料的話，一般會采用一些高能量密度的材料，比如高鎳三元材料NCM811和NCA；負(fù)極則是硅碳材料；電解液方面，高電壓電解液是提升鋰電池能量密度的關(guān)鍵；隔膜的話，陶瓷涂覆隔膜技術(shù)或許也會有所助益。”寧波杉杉新材料科技有限公司技術(shù)部副部長顧凱在接受新材料在線采訪時(shí)表示。
中國電子科技集團(tuán)第18研究所電池檢測中心主任肖成偉在“鋰產(chǎn)業(yè)-新生態(tài)”國際高峰論壇中表示，正極材料有層狀結(jié)構(gòu)、尖晶石結(jié)構(gòu)和橄欖石型結(jié)構(gòu)，其中高密度的三元材料現(xiàn)在是研發(fā)產(chǎn)業(yè)化的熱點(diǎn)。而負(fù)極材料方面有碳材料、金屬氧化物材料、合金材料，其中在合金類的材料里面的硅碳負(fù)極材料是研發(fā)的熱點(diǎn)。
據(jù)悉，比亞迪、CATL、國軒高科和天津力神等國內(nèi)一線梯隊(duì)的電池廠商都在加緊提高電池能量密度，主要也是通過改進(jìn)正、負(fù)極等材料的性能來實(shí)現(xiàn)。其中，比亞迪將在正極采用高鎳三元材料、負(fù)極采用氧化亞硅或納米硅，目標(biāo)是2018年電池比能量達(dá)到240Wh/kg，2020年達(dá)到300Wh/kg。CATL則將采用硅碳材料作為負(fù)極，“十三五”期間希望實(shí)現(xiàn)350Wh/kg的目標(biāo)。
“這些其實(shí)都是走的先進(jìn)技術(shù)路線。如果再大膽創(chuàng)新點(diǎn)，可以嘗試石墨烯等前沿技術(shù)。當(dāng)然，石墨烯目前只用做添加劑和導(dǎo)電劑，對降低電池內(nèi)阻、提升電池倍率充放電性能和循環(huán)壽命等有一定幫助。”顧凱補(bǔ)充道，“電池能量密度的提高不僅僅是材料改進(jìn)的問題，還要考慮電池系統(tǒng)集成技術(shù)等，是個(gè)復(fù)雜的問題。而且僅僅提高能量密度不一定能用在電動汽車上，還要兼顧電池壽命和安全性等。”
前沿科技值得期待
回顧過去，思尋當(dāng)前，除了對現(xiàn)有的材料性能進(jìn)行改善，有沒有發(fā)現(xiàn)哪些材料將有助于電池領(lǐng)域的革新呢？
中國工程院陳立泉院士曾經(jīng)公開表示：“下一代鋰電池應(yīng)是全固態(tài)鋰電池，如果現(xiàn)在還不布局全固態(tài)鋰電池，將會錯(cuò)失發(fā)展時(shí)機(jī)。”美國初創(chuàng)公司Sakti3就憑借固態(tài)電池技術(shù)獲得了包括通用等巨頭在內(nèi)的多家公司的投資。近日，寶馬亦宣布將研究開發(fā)固態(tài)電池技術(shù)。從技術(shù)角度看，這種電池使用的是固態(tài)電解質(zhì)。固態(tài)電解質(zhì)具有高安全和極好的高溫穩(wěn)定性，可匹配高電壓材料，有助于提高電池能量密度。
石墨烯是目前最硬、最薄、導(dǎo)熱導(dǎo)電性能優(yōu)異的材料，被稱為“黑金”和“萬能材料”。在鋰電池上，如果將石墨烯和炭黑混合后作為導(dǎo)電添加劑加入，可以有效降低電池內(nèi)阻，提升電池倍率充放電性能和循環(huán)壽命。據(jù)悉，三星研究團(tuán)隊(duì)通過在電池的硅表面覆蓋石墨烯制作一種新的“硅陰極材料”，把電池的能量密度提到高現(xiàn)有電池的2倍。華為也攜手曼徹斯特大學(xué)的國家石墨烯研究院，期望能早日實(shí)現(xiàn)石墨烯電池的商業(yè)化。
而因?yàn)槎髦榇鬅岬拟佀徜嚥牧弦仓档藐P(guān)注。它可以替代石墨作為負(fù)極材料。雖然能量密度不高，但鈦酸鋰可以讓電池實(shí)現(xiàn)高倍率充放電，且安全性能優(yōu)異，循環(huán)壽命長。據(jù)悉，銀隆現(xiàn)在所研發(fā)的第四代高能量密度鈦酸鋰電池，與第三代相比成本下降40%，能量密度提高60%。業(yè)界樂觀預(yù)計(jì)，未來鈦酸鋰電池可能將與三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池形成三足鼎立的局面。
業(yè)內(nèi)人士表示，還有很多可應(yīng)用于電池領(lǐng)域的材料，比如碳納米管等。但這些技術(shù)大多尚處在實(shí)驗(yàn)室階段，需要經(jīng)過不斷的萃取和檢驗(yàn)，邁過商用門檻，才能踏入市場大門。
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