新葡萄京官网8455 价格查询 巴斯夫进军动力锂电池:发力全球市场 研发新配方降低成本

巴斯夫进军动力锂电池:发力全球市场 研发新配方降低成本

随着电动车市场的火爆发展,越来越多品牌种类的产品出现在大众视界,但结合性能、电池技术以及价格等多方面因素考虑,想要提高电动汽车的竞争力,重点还是要在电池技术上有所升级才行。正因为如此,开始有高镍电池出现以促进市场发展。

【机械网】讯  当前动力电池产业格局正在上演中日韩间的“三国杀”,早期受政策红利和补贴优势,中国电池产业已取得长足的进步,我国成为全球动力电池出货量最大的国家。宁德时代、比亚迪等迅速崛起,并在技术方面已经与外资企业相差不大,但客观的说我国电池整体产业仍不具备全面抗衡日韩的能力。  近日一则消息引起了电池产业新的话题点,消息称宁德时代预计明年推出采用NCM811(镍钴锰三元锂)技术的新型电池。如果这一计划顺利落地,对于中国甚至全球新能源汽车动力电池行业格局都将产生重要影响。  NCM811电池是指三元锂电池中正极材料的镍钴锰比例为8:1:1,也是我们常说的高镍电池。高镍意味着更高的能量密度以及更低的钴含量,由于钴价昂贵且不稳定,因此高镍811电池既能增加续航又能大幅度降低成本。而当前国内普遍使用的三元锂电池型号为523,少数企业可以生产622型号电池。  根据工信部《汽车产业中长期发展规划》要求,到2020年新能源汽动力电池单体比能量达到300Wh/kg以上,力争实现350Wh/kg,系统比能量力争达到260Wh/kg,成本降至1元/Wh以下。到2025年,新能源汽车占汽车产销20%以上,动力电池系统比能量达到350Wh/kg。  当前主流的NCM523电池可以达到160-200Wh/kg,而NCM622和NCM811分别可以达到230Wh/kg和280Wh/kg。因此要实现规划中动力电池能量密度和续航里程的要求,大力发展NCM811电池成为必然的趋势。  钴价格上涨导致的成本压力是“催化剂”  上游原材料价格上涨让电池生产商压力山大,而正极原材料钴价格上涨带来的成本压力最大。为了缓解成本压力,国内主流电池企业基本都选择通过三元正极材料创新来降低钴的使用比例。  公开资料显示,目前包括比亚迪、宁德时代、国轩高科、杉杉能源等均在高镍811电池领域展开了布局。通过提升镍的比重,提升电池能量密度,同时降低钴的使用,在成本方面抵御了三元材料价格上涨带来的成本压力。  比亚迪此前曾表示,预计2019年下半年开始应用三元高镍811电池。今年年初,国轩高科表示已经开发出三元811材料软包电芯,能量密度能够达到302wh/kg,并预计在2019年小批量生产供应。  高镍电池中国企业话语权不高商业化普及尚需时日  尽管811三元体系材料受到业界追捧,但其技术短板导致的商业化之路也是现实问题。  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也在去年宣布,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NCM622,2012年才会用上NCM811的产品,相对比较保守。  最新消息,LG化学和SKI
NCM811电池计划有所推迟,虽然在批量商业化层面无法大批量供给车企使用,但两家企业的技术储备仍不容轻视。回到国内企业,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。  长远的看,想要达到2020年及以后的动力电池能量密度发展要求,现有的液体电解质电池体系恐怕无能为力。固态锂电池则有望成为下一代车用动力电池主导技术路线。  由于不需要电解液和隔膜,而是由固态电解质取代,相同能量密度下,固态电池的厚度会更小。重量方面,在使用固态电解质后,石墨负极可用金属锂替代,以减轻负极材料的用量,使整个电池重量明显减轻。同时,更高的安全性,更好的快速充电能力也是其较目前锂离子电池的优势。在集成进电动汽车时,固态电池还具有结构紧凑、规模可调、设计弹性大等利于整车集成的特点。  综合而言,近年来材料成本的降低、电池性能的提升是NCM811发展的推动力,但受技术挑战压力NCM811真正实现商业化运用还需时日,现阶段中国电池企业仍需要踏踏实实一步步的跨过技术门槛。【打印】
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如今,增长电池的使用寿命和降低生产成本,已经开始有厂商开始在电池系统技术中进行研究,并已经实现了高镍电池的商业化。确实,高镍电池有助于提升电动车的单次续航里程如,此前韩国SK创新(SKInnovation)就率先表示已经实现高镍锂离子电池的商业化生产。

据媒体报道,巴斯夫与新能源车制造领域的企业合作开发一种全新的新能源车动力电池配方,该配方将减少对镍和钴的依赖度,使用储量较大、价格更为经济的锰作为价格较高的有色金属的替代品,从而有效的控制成本。调整配方后,新款车载电池将会提升电动车的续航里程数,提升车辆的性能。此外,新电池还将提高纯电动车型的续航能力。

当然,电池系统中的钴含量越高越好,因为钴含量适当能帮助提高材料的循环和倍率性能,但过高的钴含量会导致实际容量降低;同理,镍含量高的材料也会导致不理想后果。因此,未来电池系统材料发展中,保持锰含量不变、降低钴含量,才是降低成本增加电池寿命的最佳方案。

据路透社报道,到2021年,巴斯夫将设计新款电池阴极,其镍和锰金属的占比分别为20%和70%。据估计,将电池配方调整后,将有助于降低电池的储能成本,将其从当前的50美元/千瓦时在40美元/千瓦时。

随着能量密度越来越被各大车企关注,纯电动乘用车电池系统能量密度也越来越高。特别是早前,工信部发布了第8批推荐目录中30款新能源车中,25款车型搭载某品牌高镍电池,可见能量密度与补贴相互作用积极。

智慧城市建设的一个主要目标是低碳节能,而电动交通则是帮助我们实现这个目标的重要解决方案之一。

可见,未来随着新能源汽车极具潜力的发展,动力电池材料也将有所变革,而高镍化电池正是其中的一个明显趋势,期待更多让电动车增加续航降低成本的技术出现。

国际能源机构预测,到2025年,全球道路上的电动汽车数量将从现在的200万增加到7000万,电动汽车的使用成本将会下降到与传统汽车相同的水平。目前,中国政府正通过减税、研究补贴以及出台相关法规等举措将汽车行业引入电气时代。英国、法国、挪威、印度和其他几个国家打算在未来几十年内逐步淘汰燃油发动机。

然而,如果没有能源储存方式的平行革命,这一切都不可能实现。

据巴斯夫预计,到2025年,高镍的需求将从2016年的2.5万吨增至31.8万吨,高镍主要被用于制作电动车车载电池的阴极。目前,镍金属主要被用作为一种合金,其成本约为钴金属价格的五分之一。然而,据巴斯夫估计,该价格将提升,因为越来越多的车企开始从传统车型向新款混动车、电动车及零排放车辆转型。

电动汽车的性能很大程度上取决于电池的质量,一定条件下,容量更大、体积更小、重量更轻,也就是能量密度更高的电池能够令电动车实现更长的续航里程。

当前,中国政府也在强化对动力电池能量密度、成本的要求。新能源车补贴标准不断收紧,对纯电动乘用车系统能量密度要求日益提高,这将推动电动车产业对高性能电池材料需求的进一步上升。

正极活性材料的技术趋势

今天的电动汽车主要使用锂离子电池。正极活性材料是电池最为重要的组成部分,基本决定了电池的效率、安全性、可靠性、成本、使用寿命以及尺寸大小。不论是小型汽车还是SUV、公交车或者卡车,正极活性材料的特性决定了车辆的速度、提速性能以及动力。

在上世纪90年代,锂钴氧化物是最早应用于锂离子电池的正极材料之一,作为主要元素的钴为这一代电池提供了较为出色的能量密度和使用寿命。

然而,单一使用钴这一金属元素限制了电池材料性能的进一步提升。科学家们发现,通过在材料合成中加入镍和锰,或镍和铝,用以替代部分钴,不仅从降低了电池材料成本,还提升了电池的充放电和安全性能。随着市场对电池材料需求的增加,对成本的敏感度越来越高,三元正极活性材料在电池材料市场获得越来越多的重视。

近年来,电动车市场迅速发展,对电池材料的需求急遽增加,同时也要求电池成本更优化、能量密度更高、生命周期更长。

这些挑战推动了三元材料市场向更高镍含量的镍钴氧化物发展。由于镍比钴更容易获得且价格远低于后者,高镍正极材料中镍的成分提升,钴的成分降低,意味着电池材料本身的成本得以下降。同时,在三元材料的三种主要元素中,镍更能极大提高电池材料的能量密度,使获得相同千瓦时电量所需要使用的电池材料用量减少,从而进一步降低电池的成本。

高镍正极材料能量密度的提高也意味着电池的续航里程得以大幅加强,这也是它的另一个显著优势。

然而,当镍的含量超过80%以后,如何平衡材料的稳定性、表面活性变得非常重要。镍的最高含量也是目前镍钴氧化物正极材料的终极挑战,优异的包覆技术、掺杂技术及表面后处理技术成为优质高镍正极材料的关键。

巴斯夫一直致力于开发和生产能量密度更高,价格更具优势,性能更可靠的正极活性材料,通过其领先的涂覆、掺杂和表面后处理技术,巴斯夫生产的镍含量超过80%的高镍活性材料已经实现更高的能量密度,更好的稳定性,更长的生命周期,以及更优化的成本。同时,还可以根据客户需求提供更优质的定制产品和应用研发方案支持客户的市场发展。

巴斯夫上海创新园的科研人员正往气氛仓当中装入小型测试电池

科研人员将正极材料浆料涂布在铝箔上进行测试

与此同时,巴斯夫始终积极推动电动汽车下一代电池材料的创新和研究,包括富锂锰基活性材料、全固态电池材料。巴斯夫与美国阿贡实验室关于不同材料类型的专利技术合作,扎实的材料基础研究以及对于电解液化学反应机理的理解,令巴斯夫在解决诸如下一代电池材料研究中的电压衰减、金属溶解等问题拥有领先优势。

“我们的目标是到2025年,力求让中型车的单次充电续航里程翻倍,从现在的300公里增加至600公里。将电池体积缩小一半,使用寿命也将延长,最重要的是,完全充满电的时间有望缩短至15分钟,仅仅是享用一杯咖啡的时间。”巴斯夫电池材料全球高级副总裁楼剑锋博士表示。

布局全球,巴斯夫全面引领动力电池材料发展

作为电池材料市场的强力竞争者,巴斯夫在全球各个主要大洲都布局了研究中心、中试线项目及生产基地——中国上海、德国路德维希港、美国俄亥俄州伊利里亚市和比奇伍德市、密歇根州巴特尔克里市、日本小野田和北九州市,以及最近宣布的位于芬兰哈尔亚瓦尔塔的新生产基地。

巴斯夫上海创新园研发高性能电池材料

2017年,巴斯夫成功实现在亚洲的产能提升,其小野田基地目前拥有全球领先的高镍正极活性材料产能。

2018年3月,巴斯夫与户田工业在北美成立了巴斯夫户田美国有限公司,该公司由巴斯夫控股,将在俄亥俄州伊利里亚市和密歇根州巴特尔克里市生产并销售高能量镍钴锰和镍钴铝
材料
。这一合作令巴斯夫在北美能实现战略供应和创新正极材料的生产,满足全球关键客户的需求。

通过最新的欧洲投资,以及与俄罗斯诺里尔斯克镍业公司关于金属镍、钴供应的长期合作,巴斯夫将拥有独一无二的可靠稳定的金属原材料供应,实现对欧洲客户需求的快速响应。

与此同时,巴斯夫和中国石化日前宣布双方将共同探寻在中国发展创新电池材料的机会,这一强强联合也意味着双方对于中国市场的重视和信心。

目前,巴斯夫已经成为全球技术领先、产量领先的高能量密度正极材料供应商,产品已经被广泛应用于全球领先的汽车主机厂商生产平台。

“电动汽车势将成为未来交通不可或缺的一部分,”楼剑锋博士补充道,
“从材料的研发到电动汽车成品的最终落地,这个周期中,整个产业链已经在朝着相关的目标努力。巴斯夫坚定地支持电动交通的快速发展,通过布局全球,稳固原材料的供应,我们将能为客户提供技术领先的产品、当地化的生产、稳定的供应和邻近的客户技术服务,和整个产业链一起,共同塑造电动交通的未来。”

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