研发不含钴和镍的电池,宁德时代“憋大招”


作者:汽车工艺师

宁德时代董事长助理孟祥峰在2020中国汽车论坛上的演讲中提到,宁德时代正在研发一种不含镍或钴的全新电动汽车动力电池。众所周知,宁德时代是我国动力电池最大的生产商,其产品都出自其21C实验室。

孟祥峰透露,21C实验室一直在对固态电池和无钴电池做持续的研究。在固态电池方面,循环寿命是目前固态电池最大的短板,宁德时代已经做到循环900次,衰退10%以内。也就是说,整充放电900次后,电池衰减不超过10%。而目前市场上的固态电池的循环寿命大多在800次以下。

无钴电池是下一代电池的方向,宁德时代在很早之前做了充分的布局。更为令人吃惊的是,21C实验室在布局下下一代电池,称为“无稀有金属电池”。不仅是无钴,连镍也可以替代掉,这样整车的续航可以进一步提高,整车成本可以大幅下降。

钴的应用

目前,钴是生产锂离子电池的重要金属,主要用于电池的正极材料,如钴酸锂、镍钴锰酸锂(NCM)等。因为钴的能量密度比较高,能够增加电动汽车续航能力,所以,大部分锂电池都用到了钴。


钴作为战略性金属,拥有优良的物理、化学以及机械性能,是制造电池材料的重要原料。我国是世界上最大的电池生产和消费国,但钴资源储量缺及其缺乏,约占世界储量的1.1%,而刚果(金)、澳大利亚、古巴三国共占了世界储量的70%左右,为此我国大部分钴依赖进口以满足市场需求。

因此,在锂离子电池中减少钴的用量,对降低电池成本具有非常实际的意义。

镍的应用

由于钴价昂贵且不稳定,镍的能量密度更高,因此高镍电池既能增加续航又能大幅度降低成本,更多的动力电池中采用了镍金属。


在技术层面,镍元素具备不稳定特性,高镍电池生产制造过程当中容易出现循环性能减弱、安全性能下降、充电效率降低等不良反应。而在存储和生产工艺层面难度更大,高镍三元材料在存储使用过程中容易吸潮成果冻状,不易调浆和极片涂布,对生产设备的各项性能要求非常高。


另外,高镍材料必须在纯氧环境中,且必须用氢氧化锂做锂源进行高温合成,所以正极材料企业采用的窑炉材质必须耐氧气腐蚀,耐碱腐蚀,但国内的制备技术鲜有能够达到标准的。即便设备达标,高镍811动力电池还有包括热管理系统、供应体系重塑等问题需要解决。

高镍三元动力电池领域中国企业话语权确实不高,目前这一领域商业化做的最好的是松下,其应用在特斯拉 Model 3 参数 图片 )上的21700圆柱型电池,通过改良高镍正极材料和硅碳负极材料的应用,电池能量密度达到20%的提升。

除松下外,韩国锂电巨头LG化学、SKI、三星SDI也都在积极备战高镍811电池,此前现代发布的Kona EV 纯电动SUV,其电池由LG化学提供采用NCM811电芯。

另一家韩国电池企业SKI开始量产NCM811电池,用于能量储存系统的电池,并在2018年第三季度提供用于电动汽车的电池。

而三星SDI主要的战略合作是宝马,根据宝马的规划,i3要在2018年才会使用NCM622,2021年才会用上NCM811的产品,相对比较保守。

国内企业,当前宁德时代旗下新能源汽车动力电池主要是NCM523电池,从NCM523直接跨越至NCM811,宁德时代还需攻克不少难题。

结语:


在目前的电动汽车成本构成中,电池成本约占40%。如果宁德时代能够实现“无稀有金属电池”的产业化,降低成本,增加续驶里程,对于电动汽车的普及将是巨大的助力。

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