中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：動(dòng)力鋰離子電池去鈷化已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，但要完全實(shí)現(xiàn)無(wú)鈷化還要克服更多技術(shù)難關(guān)。
2017年以來(lái)，鈷材料受下游三元?jiǎng)恿﹄姵匦枨蟠蠓鲩L(zhǎng)出現(xiàn)供應(yīng)緊缺，進(jìn)而導(dǎo)致價(jià)格暴漲，從20萬(wàn)元/噸的價(jià)格暴漲至66萬(wàn)元/噸的歷史高位，從而使三元?jiǎng)恿﹄姵爻杀敬蠓仙?
為了降低成本以及提升電池能量密度，提升鎳的含量，降低鈷的含量，通過(guò)改變材料配方的方式被業(yè)內(nèi)認(rèn)為是一種可行性方法。在此情況之外，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外電池企業(yè)的三元電池材料體系開(kāi)始從NMC523向622升級(jí)，再向811挺進(jìn)，逐步降低了鋰電池的鈷含量，逐步實(shí)現(xiàn)高鎳少鈷直至無(wú)鈷化。
在中國(guó)，以寧德時(shí)代為代表的本土電池企業(yè)已經(jīng)正式量產(chǎn)并向市場(chǎng)批量供貨NMC811電池，拉開(kāi)了國(guó)內(nèi)高鎳電池的應(yīng)用序幕，其它電池企業(yè)也在積極推進(jìn)高鎳電池的研發(fā)與量產(chǎn)，將其作為公司的下一代高比能電池。
而在國(guó)內(nèi)，日韓電池企業(yè)也在積極研發(fā)，而且在技術(shù)研發(fā)上走得更靠前。
2018年，松下宣布正在開(kāi)發(fā)無(wú)鈷電動(dòng)汽車(chē)電池。松下汽車(chē)電池部門(mén)的負(fù)責(zé)人田村堅(jiān)表示：“我們已經(jīng)大大降低了鈷在電池中的含量，鈷在三元電池中的比例已經(jīng)降到3%，現(xiàn)在我們的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)無(wú)鈷化，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在研發(fā)當(dāng)中?！?
2018年5月初，特斯拉宣布其Model 3安裝的電池已經(jīng)極大地降低了鈷的含量。與此同時(shí)提高了鎳的含量，從而達(dá)到了有史以來(lái)最高的能量密度，并且實(shí)現(xiàn)了超強(qiáng)的耐熱性。
特斯拉CEO馬斯克在社交媒介上表示，在特斯拉Model 3的電池中，含鈷量已經(jīng)降到不到3%。他們將繼續(xù)改進(jìn)技術(shù)，爭(zhēng)取在下一代電池中完全拋棄鈷，改變“帶血的電池”的名聲。
2018年，特斯拉累計(jì)交付145846輛Model3，實(shí)現(xiàn)21700電池累計(jì)裝機(jī)10938450kWh(10.9GWh )，搭載的就是松下為其研發(fā)的鈷含量不足3%的高鎳電池。這表明松下的低鈷化電池已經(jīng)得到了大規(guī)模量產(chǎn)且批量應(yīng)用，證實(shí)了高鎳少鈷電池的可行性。
2019年，特斯拉Model3車(chē)型銷(xiāo)量依舊火爆，預(yù)計(jì)銷(xiāo)量將進(jìn)一步增長(zhǎng)，從而對(duì)少鈷化電池產(chǎn)生更大的需求。而鋰電池少鈷化甚至無(wú)鈷化也將為特斯拉降低成本起到積極作用。
值得注意的是，SKI也在研究鋰電池低鈷化。SKI總經(jīng)理金俊宣布2019年將開(kāi)發(fā)的新一代電動(dòng)車(chē)電池名叫“NCM91/21/2”，即在用作正極材料的原材料中鎳的比重為90%，鈷和錳各占5%。
與松下相比，SKI新型電池的鈷含量還高一些，但也遠(yuǎn)低于當(dāng)前市場(chǎng)上批量應(yīng)該的523體系三元電池，正在往少鈷化或者無(wú)鈷化方向發(fā)展。
客觀來(lái)看，松下和特斯拉以及SKI等企業(yè)的最終目標(biāo)都是實(shí)現(xiàn)鋰電池?zé)o鈷化，但就目前而言還沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)。
不過(guò)，近日，有一家中國(guó)電池企業(yè)卻實(shí)現(xiàn)了這個(gè)目標(biāo)。
日前，蜂巢能源科技有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)蜂巢能源）在品牌戰(zhàn)略規(guī)劃及產(chǎn)品發(fā)布會(huì)上，對(duì)外發(fā)布針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景的“疊時(shí)代”系列動(dòng)力電池產(chǎn)品，同時(shí)還面向全球首發(fā)了號(hào)稱(chēng)無(wú)鈷材料和四元材料的電芯產(chǎn)品。
蜂巢能源介紹，其無(wú)鈷材料性能可以達(dá)到NCM811同等水平，材料成本降低5——15%，相應(yīng)帶來(lái)的電芯BOM成本可以降低約5%，且會(huì)讓材料不受戰(zhàn)略資源影響。
據(jù)了解，無(wú)鈷化關(guān)鍵技術(shù)有兩個(gè)，一是摻雜無(wú)未成對(duì)的電子自旋的特定元素，減弱電子超交換的現(xiàn)象，降低Li/Ni混排，提高電性能；二是摻雜M-O鍵能大的元素，減緩晶體在充放電過(guò)程的體積變化，穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，提高循環(huán)壽命和安全性。
對(duì)此，業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，高鎳低鈷肯定是鋰電池的發(fā)展方向，但短期內(nèi)鈷還是無(wú)法替代。一方面，配方比例改變給電池封裝方式帶來(lái)挑戰(zhàn)，而目前高鎳鋰電池還是以圓柱封裝方式為主，軟包和方形技術(shù)還不成熟；另一方面，電動(dòng)汽車(chē)要降低成本，還是要以保證安全和質(zhì)量為前提。
下面就來(lái)看看本周鋰電行業(yè)都有哪些新技術(shù)和大事件吧。
1、博世開(kāi)發(fā)云系統(tǒng)以延長(zhǎng)動(dòng)力電池使用壽命
外媒報(bào)道稱(chēng)，博世正在開(kāi)發(fā)新的云服務(wù)，以補(bǔ)充車(chē)輛的電池管理，從而使電動(dòng)汽車(chē)的電池使用壽命更長(zhǎng)。
例如，智能算法用于檢測(cè)電池應(yīng)力因子并因此優(yōu)化充電過(guò)程。云中的智能軟件功能不斷分析電池的狀態(tài)，并采取措施防止電池老化。
博世表示，該方法可以減少電池高達(dá)20％的損耗。“博世將電動(dòng)車(chē)電池與云連接起來(lái)，大大提高了性能和使用壽命”Robert Bosch GmbH董事總經(jīng)理Markus Heyn說(shuō)。
云服務(wù)還使用來(lái)自車(chē)輛及其環(huán)境的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來(lái)優(yōu)化每個(gè)電芯的充電過(guò)程，并直接在車(chē)輛顯示屏上為駕駛員提供有關(guān)節(jié)省電池的駕駛風(fēng)格的定制信息。
2、半液態(tài)金屬陽(yáng)極提升10倍鋰電池容量
據(jù)外媒報(bào)道，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)（Carnegie Mellon University）梅隆理工學(xué)院的研究人員研發(fā)出一種半液態(tài)鋰金屬陽(yáng)極，可為電池設(shè)計(jì)提供一種新范式。利用此種新型電極制成的鋰電池將具有更高的容量，而且與采用鋁箔制成陽(yáng)極的傳統(tǒng)鋰金屬電池相比，更加安全。
目前，電池中使用的是具揮發(fā)性的液體電解質(zhì)，解決方案之一是使用固體陶瓷電解質(zhì)替代，此類(lèi)電解質(zhì)導(dǎo)電性高、不可燃以及具有足夠強(qiáng)大的抗枝晶性。但是，研究人員發(fā)現(xiàn)，陶瓷電解質(zhì)和固體鋰陽(yáng)極之間的接觸不足以存儲(chǔ)和供應(yīng)大多數(shù)電子產(chǎn)品所需的電量。
卡內(nèi)基梅隆大學(xué)化學(xué)系博士生Sipei Li和卡內(nèi)基梅隆大學(xué)材料科學(xué)和工程系博士生Han Wang制造出一種新型材料，半流體金屬陽(yáng)極，克服了該缺點(diǎn)。
Li和Wang與Matyjaszewski和Jay Whitacre合作，創(chuàng)造出一種雙導(dǎo)電聚合物/碳基復(fù)合材料，鋰微粒在其上面可均勻分布。該碳基復(fù)合材料能夠在室溫下保持流動(dòng)，從而可與固體電解質(zhì)進(jìn)行足夠的接觸。與使用固體電解質(zhì)和傳統(tǒng)鋰箔陽(yáng)極制成的電池相比，通過(guò)將半液態(tài)金屬陽(yáng)極與石榴石固體陶瓷電解質(zhì)結(jié)合，能夠使此類(lèi)電池的能量密度高出10倍，從而使此類(lèi)電池比傳統(tǒng)電池的生命循環(huán)周期也更長(zhǎng)。
3、剪切增稠電解質(zhì)提升鋰電池抗沖擊性能
美國(guó)阿克倫大學(xué)高分子科學(xué)副教授Yu Zhu博士表示：“盡管大家在電池?zé)峁芾矸矫嬉呀?jīng)做出了很大的努力，但是最近電動(dòng)汽車(chē)電池起火和爆炸的事故還是讓公眾很擔(dān)憂(yōu)。在大多數(shù)情況，電池只有受到外部沖擊或撞擊等不正常的情況下，才會(huì)著火?！?
Zhu博士和其高分子科學(xué)和高分子工程學(xué)研究生團(tuán)隊(duì)合作，通過(guò)創(chuàng)造一個(gè)“剪切增稠”電解質(zhì)（一種能夠在沖擊下變得更加濃稠的物質(zhì)），以提升鋰離子電池的安全性。該電解質(zhì)放置在陽(yáng)極和陰極之間，使陽(yáng)極和陰極能夠抗擊沖擊，因而在任何碰撞事故下，都不會(huì)引起電池起火或爆炸。而在正常情況下，該新型電解質(zhì)會(huì)保持柔軟狀態(tài)。
可以將該電解質(zhì)想象成水與面粉的混合物，當(dāng)用手慢慢攪拌面粉和水時(shí)，會(huì)感受到一絲阻力。但是，如果加快攪拌速度，會(huì)明顯感覺(jué)到很大的阻力。
