彭工厂:三元材料机遇与挑战并存

2018-12-26      750 次浏览

三元材料因能量密度高、循环寿命较长、安全性较好等优点,成为近几年全球市场增量极大的正极材料。这一方面得益于平板电脑、智能手机等数码产品用锂电池的稳步增长,另一方面得益于电动自行车、电动汽车等电动交通工具用动力锂电池市场的启动。

自2014年以来,中国推行了一系列新能源汽车政策,刺激着动力电池正极材料需求极大上升。值得一提的是,曾一贯使用磷酸铁锂电池的安凯客车转向三元材料电池,再一次提振了三元材料行业。

事实上,当前无论是轿车用高比能量电池,还是客车用高功率长寿命电池,其技术路线中选择的正极材料都不约而同地指向了三元材料。可见,三元材料在动力电池市场面临巨大的机遇。

笔者预计到2015年,用于动力电池的正极材料需求量有望进一步提升,特别是性能优异的三元材料将进一步扩大市场占有率。

就业内普遍具备的产业化水平而言,三元材料已基本满足目前动力电池的要求。但是,随着消费市场需求的不断提升,动力电池市场的不断发展,三元材料本身的潜力还有待发挥,材料企业主要面临来自两个方面的挑战:

首先,三元材料电池的能量密度目前已达到180wh/kg,虽然已高于磷酸铁锂的120wh/kg,但是还有一定的上升空间。笔者建议,材料企业可以采用高镍体系的三元材料配方,通过增加镍的含量,提升克比容量;也可以通过改善三元材料的晶粒和颗粒结构,提高压实密度,在相同体积的电池中装进更多的正极材料,提高体积能量密度。

以晶元的高压实型三元材料为例,其压实密度达到3.7g/cm3以上,做成18650电池最高容量可达到2600mAh,有望使电池能量密度达到200wh/kg以上,实现电动车充一次电可跑300公里以上的里程。

其次,目前业内三元材料电池的循环寿命可以做到1500-2000次,但是仍然需要进一步改善高温性能和安全性能。

而市场上正在推广的碳纳米管复合单晶颗粒三元材料,通过碳纳米管在单晶颗粒状态的三元材料内部建立了高效的三维导电网络,形成了丰富的锂离子迁移的高速通道,不仅显着改善了其大电流充放电的性能,而且提高了其与电解液的相容性和稳定性,从而显着增加了安全性,延长了循环寿命。

如今三元材料技术在不断提升当中。不过,好的正极材料也需要有相匹配的负极材料和电解液协同配合,才能做出高性能的电池。这需要材料企业之间加强技术交流与合作,解决共同面对的问题。

笔者相信,在不久的将来,对三元材料而言,3000次以上的循环、200wh/kg以上电池能量密度,300公里以上的续航里程将不仅仅是试验室的数据,而是市场普遍认可的标准。

百舸争流,奋楫者先。只要坚定目标,不懈努力,三元材料企业定能抓住自今年起快速放量的动力电池带来的市场机遇。

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