三元锂电池来自TSLA的救星

2023-10-28      245 次浏览

在尝试了市面上超过300种电池后,TSLA[微博]才认定三元锂电池


TSLA电池技术总监KurtKelty给出的理由是:能量密度更大且稳定性、一致性更好;可以有效降低电池系统的成本;尺寸小但可控性和安全性都不断提高。


事实证明,KurtKelty的选择绝对正确。


在TSLA从首款车型Roadster向目前最风靡的ModelS"转型"的4年时间里,电池组成本已经下降了约44%,并且会继续下降。


现在,MODELS续航里程能够达到486公里,电池容量达到85kWh(1kwh=1度),采用8142个3.4AH(AH,安时数,是反映电池容量大小的指标之一)的松下18650型电池。工程师们将这些电池以砖、片形式逐一平均分配,最终组成一整个电池包,放置于车身底板。


就在昨天,TSLA公布今年第一季度财报,首席执行官马斯克说,TSLA和松下达成协议,将建造一座耗资约50亿美元的超级锂电池厂。


当TSLAMODELS在高速公路上飞驰的时候,各方对三元锂电池的关注度也以几何级数飞增。


三元聚合物


锂电池


是指正极材料使用锂镍钴锰三元正极材料的锂电池,锂电池的正极材料有很多种,重要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。目前三元材料的电芯代替了之前广泛使用的钴酸锂电芯,在笔记本电池领域广泛被使用。


"用苹果和安卓(智能手机)的都是好孩子,因为每天必须按时回家……充电。"


这个流传甚广的段子不仅调侃了当下人们对电子产品严重的依赖性,更加有意思的是,它还折射了一种科技界的流行症——对电池容量小、充电次数频繁的焦虑。


焦虑症蔓延的时候,TSLA出现了,还带来一个救星:三元锂电池。


"旋风"突袭之前,有关电池以及充电问题的讨论被不断放大,篇幅远远超过TSLA汽车的其他性能。但很快,当TSLA最知名车型MODELS采用三元锂电池(即以镍钴铝三元材料为正极材料的锂电池)的消息传出,整个电池业豁然开朗。


大而化小。这款应用于电动汽车的技术,适时缓解了从智能手机到可穿戴设备,甚至充电宝等小型电子产品的"充电焦虑症"。锂电池,也正式迎来三元材料时代。


正极材料锂电池之心


我们的手机里、手表里、平板电脑里,锂电池无所不在。


这种在当代被广泛应用的产品,据考证灵感最早来源于爱迪生。他曾使金属锂和二氧化锰发生用途,出现放电反应。


经过这么多年的技术发展和改进,今天,一颗合格锂电池的基本组成包括外壳、正极材料、负极材料、隔膜、电解液等。其中,正极材料有关锂电池的能量密度、安全性、循环寿命等起着决定性用途,占锂电池成本的40%,其技术发展也变得尤为关键。


目前,主流的正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂以及镍钴锰酸锂三元材料等。就能量密度、成本、安全性、热稳定性和循环寿命来看,上述主流正极材料的表现各有千秋,这也导致动力锂电池正极材料技术路线出现分化。


但无论如何,对锂电池而言,钴金属是必不可少的材料。


不过,金属钴一方面价格高昂,一方面存在毒性,无论技术领先的日韩公司还是国产电池厂商近年来都致力于电池"少钴化"。


在这种趋势下,以镍盐、钴盐、锰盐为原料制备而成的镍钴锰酸锂三元材料渐渐受到推崇。从化学性质角度出发,三元材料属于过度金属氧化物,电池的能量密度较高。


尽管在三元材料中,钴的用途仍不可缺少,但质量分数通常控制在20%左右,成本显著下降。而且同时兼具钴酸锂和镍酸锂的优点。


随着近年来国内外厂商不断加码生产,以三元材料为正极材料的锂电池取代商用钴酸锂的趋势已十分明显。


大到电动汽车,小到智能手机、可穿戴设备或者充电宝,这种新型技术都完全适用。


TSLA大手笔三元材料迎高峰


在TSLA之前,各界对三元材料知之甚少。


直到TSLA宣布在其风靡全球的高端跑车MODELS车型上采用三元材料作为电池正极材料,这一技术才渐渐被广泛认可。如今俨然已是未来动力锂电池的发展方向。


公开资料显示,TSLAMODELS续航里程能够达到486公里,电池容量达到85kWh,采用了8142个3.4AH的松下18650型电池。工程师将这些电池以砖、片的形式逐一平均分配最终组成一整个电池包,电池包位于车身底板。


任何事物都有两面性。尽管镍钴铝能量密度高,但由于镍钴铝的高温结构不稳定,导致高温安全性差,且pH值过高易使单体胀气,进而引发危险。


最终,TSLA通过有效的电力管理系统解决了三元锂电池的安全性问题,并使单位成本却远低于其他电动汽车型,大约为416美元/kWh。


TSLA7日称,该公司已和日本松下公司签署共建超级电池厂的意向书,这项工程可望下月动工。


TSLA今年2月宣布,为适应量产电动汽车的需求,将建造一座耗资约50亿美元的超级锂电池厂,预计将满足TSLA年产50万辆电动汽车的需求,电池组每千瓦时的成本将降低逾30%。


TSLA7日公布今年第一季度财报,首席执行官马斯克表示,TSLA和松下就共建超级电池厂签署了意向书,双方已组建电池生产的研发团队。


松下目前是TSLA的重要电池供货商。根据双方2011年签署的协议,松下在4年内为TSLA供应6.4亿块汽车级锂电池。这一供货量后来又新增到18亿块。


有关电池厂的最终选址,TSLA尚未敲定,备选地包括亚利桑那、内华达、新墨西哥、得克萨斯以及加利福尼亚等5个州。马斯克表示,为最大限度减少延期风险,TSLA将在至少两个地点建电池厂。


TSLA在最新财报中说,全球市场对ModelS全电动汽车的需求上升较快,公司今年将交付3.5万辆。目前TSLA的生产量力是每周近700辆,今年年底有望增至每周1000辆。


松下曾在2010年向TSLA投资3000万美元,成为其股东之一。并且于2011年达成战略协议,将负责TSLA今后5年全部车辆的电池供应。


电池行业人士告诉记者,鉴于TSLA和松下在三元材料电池方面的合作,再加上TSLA建设超级电池厂这一大手笔。未来,三元材料电池将进入一个全新的发展高峰。


值得注意的是,除了TSLAMODELS,有消息称雪佛兰Volt沃蓝达汽车采用的是LG化学供应的三元正极材料电池。电池保质期达到8年,行程可达16万公里左右。2011年,雪佛兰Volt沃蓝达从位于上海金桥的通用汽车我国总部出发,途经多种路况,完成了约248公里省道的不间断行驶,也在一定程度上证明了这种电池高效的性能。


"虽然国内电动汽车厂商(比如比亚迪(40.90,-1.17,-2.78%))主流观点仍是坚持采用磷酸铁锂电池,但也有部分电池厂商明显踏上了追随日韩公司的步伐,把重点对准了三元材料。"有研究人士说。


可以预见,未来随着电动汽车的普及,三元材料的需求量必将进一步上升。而且,三元材料还将在复合电池材料中占据一席之地,以更好地平衡成本和性能。


日韩技术领先国内公司忙追赶


从全球范围来看,各方对三元材料的研发生产都在不断推进。在这个过程中,材料性能大幅提升,应用领域也一再拓展。


2009年八月,美国总统奥巴马宣布用24亿美元支持公司发展"下一代"电池和电动汽车计划,三元材料电池生产公司被纳入补贴范围。


2012年二月,我国工信部公布的《新材料产业"十二五"发展规划》中,提出到2015年将新增正极材料产量4.5万吨/年,将组织开发包含高效率、大容量、长寿命、安全性能能的镍钴锰三元系电池正极材料。


不过截至目前,高端三元材料生产技术重要集中在日韩公司中。一些知名电池厂商从2010年就开始全面使用三元材料。


有资料称,日本的三元材料电池性能甚至已接近于钴酸锂电池。能得到TSLA的青睐,也证明了日本厂商供应的三元材料具备高品质。


从供应角度来看,日亚化学、韩国L&F、比利时UMICORE这三家公司是全球锂电池正极材料重要供应商,2012年上述3家公司市场份额合计为36%。


国内三元材料生产从2005年左右起步,截至目前也已出现了10家左右规模公司,其中不乏上市公司。


不少公司长期和日韩电池公司保持上下游合作关系,也有公司获得美国3M公司授权代工,总体而言,这些公司在三元材料技术制造和应用领域方面仍面对较大的局限,几乎没有产品面向动力锂电池领域,难和日韩公司正面对抗。


最近一则新闻显示,我国公司终于也开始涉足动力锂电池领域。再生资源龙头公司格林美(11.52,0.10,0.88%)近日通告称,该公司控股子公司江苏凯力克钴业股份有限公司以现金5298.2万元收购清美化学株式会社、长濑产业株式会社、上海信铭国际贸易有限公司合计持有的清美通达锂能59%的股权。


而清美通达锂能研发的重点方向就包括三元正极材料。而公司高管不久前曾透露,镍钴锰三元电池材料项目已在进行中,并且看好三元材料在新能源汽车领域的应用。



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