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【原创】2020先进电池材料论坛前瞻①:“无钴”之辩
无钴电池 文章来源自:高工锂电网
2020-07-04 09:21:27 阅读:13637
摘要在“去钴”的具体路径上,尤其是对于“无钴”短期内是否真正可行,业内还存在着一定的争议。

【编者按】2020先进电池材料集群产业发展论坛将于8月26-27日在深圳机场凯悦酒店举行,此次会议由深圳先进电池材料产业集群主办,深圳市清新电源研究院、高工锂电联合承办。

会议将重点围绕“电池核心关键材料创新技术及产业前景”、“电池制造创新工艺及发展趋势”、“储能与电池回收产业前沿技术”、“氢燃料电池产业态势及技术路线”等多个行业热点内容展开,把脉行业趋向,寻路产业未来。

无钴材料和电池是此次论坛的重要探讨议题。

续航里程和成本无法和燃油车正面PK,是阻碍电动汽车真正走向消费市场的两大“拦路虎”。

要解决这两大难题,“密码”在动力电池。

进入2020年,关于动力电池新技术的“劲爆新闻”此起彼伏:特斯拉“无钴电池”、通用和LG化学合作推出NCMA四元电池、宁德时代CTP电池、比亚迪刀片电池……

新技术百舸争流,一方面映射出产业正步入技术拐点,另一方面则暗含潜台词:市场倒逼之下,电池性能提升迫在眉睫。

有压力就有动力,放眼全球,电池性能提升主要围绕两大维度展开,一是电池材料体系的革新,二是工艺和结构的优化。

短期看,工艺和结构创新最为现实。无论是宁德时代的CTP、比亚迪的刀片电池,还是蜂巢能源的L6长电芯,都是在现有材料体系基础上的工艺革新和结构优化,其对于体积能量和成本降低有明显效果。

但放眼中长期,如若要进一步突破性能瓶颈,材料体系变革才是“王道”。

动力电池的发展路径,一致的意见是以高镍为主(来源:汽车电子设计)

特斯拉已经“明修栈道”,其动力电池核心智囊、三元材料鼻祖Jeff Dahn,去年1月就公开发表无钴高镍材料具备可行性的文章,目前,特斯拉第一代低钴(5%)材料已经完成开发,即将量产,第二代无钴材料也在加快开发,预计未来两年内应用到电芯中。

LG化学没有完全明确提出“无钴”,但去钴化的战略已经非常明确。今年初,其宣布和通用汽车合作,计划在2021年量产NCMA电池,该材料体系将钴的占比进一步降低至5%,从而将电池成本降至100美元/KWh以下。

在国内,蜂巢能源是最先公开宣布研发出无钴材料及电池产品的企业。

在去年7月,其就宣称在开发无钴三元材料和电池,今年5月中旬,蜂巢能源召开产品发布会,对外发布两款无钴电池。并称基于其无钴电池,可以实现电动汽车最高达880公里续航。产品都将在2021年下半年推向市场。

同样也是在5月,宁德时代董事长曾毓群对外透露,宁德时代有自己的“无钴”电池技术储备,目前研发进展顺利,正在想办法搞好供应链,因为是一个全新的、颠覆性的产品。”

事实上,对于动力电池“去钴化”,业内已成共识,背后驱动因素在于,既可以实现电池能量密度性能的提升,更为关键的还能摆脱钴作为稀有资源,面临的价格高、资源少、受牵制的风险。

但在“去钴”的具体路径上,尤其是对于“无钴”短期内是否真正可行,业内还存在着一定的争议。

一方声音认为,无钴高镍材料具备可行性。

Jeff Dahn就认为,目前还没有确凿的证据清楚地表明镍含量高的NCA中需要钴。Al、Mn或Mg等元素对于结构稳定性和热安全性等同样具有改善作用。

其团队给出的数据也表明,掺杂Mg和Al的无钴高镍材料安全性好于高镍含钴材料。因此其结论是,在NCA类型的高镍(Ni>90%)材料中,钴的作用很小或几乎没有。

蜂巢能源同样认为无钴可行,其思路是,在常规含钴正极基础上去除钴元素后,离子电导率虽然有所降低,但通过无钴材料本身、电化学体系和电池包的合理设计,应用于电动汽车电池是可行的。

蜂巢能源总裁杨红新介绍,实现突破无钴技术瓶颈,蜂巢能源主要采用了三项关键技术,分别是阳离子掺杂技术、单晶技术和纳米网络化包覆。

具体而言,阳离子掺杂技术可提高材料的上限电压,实现能量密度比磷酸铁锂高40%;

单晶与多晶相比,具有更强的颗粒强度和更加稳定的结构,使电芯寿命比多晶高镍三元高出70%;纳米网络化包覆则能减少正极材料与电解液的副反应,有效改善高电压下的材料循环性能。

另一方的声音则认为,目前三元体系绝对“无钴”方案并不成熟。

国内正极材料企业容百科技认为,现有三元体系中,钴元素可以起稳定材料结构的作用,钴含量增加能有效减少阳离子混排,降低材料阻抗值,尤其对于提高材料电子电导率,改善倍率性能、降低电芯内阻等有其不可替代的作用。

而综合考虑性能和安全因素,通过精细调控高镍材料组分、煅烧温度、烧结气氛,做到相对“无钴”的高镍低钴材料才是可行的。

与此同时,无钴电池还面临材料匹配和革新,例如,目前在电解液匹配上还存在不小的问题。

更为关键的是,电池是一个复杂的体系,新材料的商业化,会面临一定的周期,产品开发完成后还要经历小试、中试、量产等各个阶段的问题。这其中,还将面临一系列已经发现和尚未被发现的问题。

2020先进电池材料集群产业发展论坛上,将邀请国内外主流车企、动力电池企业、材料企业等产业链多家头部企业技术负责人围绕无钴电池展开探讨,主要探讨方向包括:

●无钴电池是否将是动力电池未来的主流?

●无钴材料及电池的开发瓶颈及路径

●无钴电池的材料匹配

●无钴材料及电池的产业化难题

●主流车企对于无钴电池的态度和判断

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