新技術(shù) 讓動力電池更高能

　　“只有保證材料的安全可靠，才能做出安全穩(wěn)定的動力電池及電動汽車。”北京當(dāng)升材料科技股份有限公司董事、總經(jīng)理李建忠一語道出了動力電池材料的重要性。

　　伴隨著新能源汽車的發(fā)展，動力電池材料研發(fā)技術(shù)不斷獲得突破，新型電池材料、新型高性能電池產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。當(dāng)前高比能材料研究進(jìn)展如何？未來動力電池的發(fā)展趨勢又是什么？

　　高鎳三元材料仍是主流

　　目前，新能源汽車主要采用的是鋰離子電池，主要由正極材料、負(fù)極材料、隔膜和電解液四部分組成，其中，正極材料是提升電池性能的關(guān)鍵，根據(jù)使用材料不同，分為鈦酸鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰（NCM）和鎳鈷鋁酸鋰（NCA）六種。NCM、NCA就是俗稱的三元鋰電池。

　　由于鈦酸鋰電池和錳酸鋰電池能量密度相對較低，鈷酸鋰電池安全性較差，因此，三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池脫穎而出，分別在新能源乘用車市場及客車市場躋身主流地位。

　　業(yè)內(nèi)人士指出，國內(nèi)研發(fā)的主要是NCM電池，NCA電池則主要由日韓企業(yè)生產(chǎn)。“從目前的材料來看，三元鋰電池從原來的333、523、622一路發(fā)展到現(xiàn)在的811，不斷更新升級。”李建忠說。

　　李建忠提到的幾個數(shù)字，指的是電池正極材料中鎳鈷錳的比例，“811”電池就是鎳鈷錳按8:1:1的比例進(jìn)行搭配的三元鋰電池。

　　鎳含量越高，動力電池能量密度可上升的空間就越大。“高鎳三元材料仍是主流趨勢，NCM811鎳含量最高已經(jīng)達(dá)到88%。”李建忠介紹說，“通過提升鎳的比重，不僅能實現(xiàn)電池能量密度提升，還減少了鈷的使用，一定程度上緩解了材料價格上漲帶來的成本壓力。”此外，“811”電池還可有效解決電池輕量化問題，在節(jié)省空間等方面優(yōu)于普通三元電池。

　　億緯鋰能股份有限公司技術(shù)部總監(jiān)何巍表示，能量密度更高、成本更低的鋰離子電池將是車企的核心需求，對于500公里以上續(xù)航能力需求，持續(xù)看好三元高能量密度材料；對于350公里以下的續(xù)航能力需求，在中、短期看好磷酸鐵鋰電池。

　　電池?zé)岱€(wěn)定性持續(xù)提升

　　作為電動汽車的“心臟”，動力電池及材料的安全性始終是各方關(guān)注的焦點。

　　對三元電池而言，鎳含量不斷提高，用于穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的鈷和錳含量相應(yīng)降低，電池的穩(wěn)定性也會大打折扣。對此，李建忠表示，三元材料電池仍有很多技術(shù)解決方案有待驗證，但伴隨著技術(shù)迭代，動力電池材料在設(shè)計、工藝改進(jìn)、工藝摻雜和處理等方面均有了明顯提升，熱穩(wěn)定性也有較大改善，“811”電池放熱峰值已達(dá)到220-230℃。

　　記者了解到，對正極材料改性是提高電池材料熱穩(wěn)定性的有效措施。常用的改性方法有兩種，一種是表面包覆，減少活性材料與電解液之間的反應(yīng)，同時減少正極材料過充中釋放的氧氣，起到穩(wěn)定基體材料的作用；另一種是摻雜改性，目的在于提高材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而改善材料循環(huán)性能。目前，比克電池、力神電池、鵬輝能源、遠(yuǎn)東福斯特等動力電池企業(yè)都在積極研發(fā)三元材料，在包覆、摻雜等環(huán)節(jié)提出解決方案，開發(fā)容量高、循環(huán)壽命長、安全性能好的動力電池用正負(fù)極材料。

　　李建忠指出，對于動力電池而言，安全是一個系統(tǒng)問題，并非只取決于材料的某個方面性能。材料、電池設(shè)計及制備等各個環(huán)節(jié)，都與動力電池的安全性能緊密相關(guān)，其中任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題，都可能給動力電池帶來安全隱患。

　　新型電池產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)

　　在汽車“新四化”背景下，里程焦慮、安全焦慮和成本焦慮倒逼動力電池及產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)在現(xiàn)有材料體系的基礎(chǔ)上不斷探尋新的方向。固態(tài)電池和燃料電池就是其中的代表。

　　近日，工信部發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》（征求意見稿）顯示，“實施電池技術(shù)突破行動，開展正負(fù)極材料、電解液、隔膜等關(guān)鍵核心技術(shù)研究，加強(qiáng)高強(qiáng)度、輕量化、高安全、低成本、長壽命的動力電池和燃料電池系統(tǒng)短板技術(shù)攻關(guān)，加快固態(tài)動力電池技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”，被列為“新能源汽車核心技術(shù)攻關(guān)工程”。

　　“氫燃料電池系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件，如電堆、催化劑、膜電極、雙極板、密封材料等，我國目前已能夠?qū)崿F(xiàn)國產(chǎn)化，但規(guī)?；?、批量生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)鏈還未完全形成，成本較高。” 清華大學(xué)教授李建秋道出了燃料電池的發(fā)展現(xiàn)狀。業(yè)內(nèi)專家指出，氫燃料電池更適合長途大型高速重載車輛（重型卡車、物流車、公交車等），將主要替代柴油機(jī)。

　　固態(tài)電池兼顧安全性和續(xù)航里程優(yōu)勢，正在受到國內(nèi)外企業(yè)的熱捧：贛鋒鋰業(yè)年產(chǎn)億瓦時級固態(tài)鋰電池中試生產(chǎn)線已正式投產(chǎn)、蔚來與輝能科技合作打造固態(tài)電池包樣車、美國能源部撥款用于固態(tài)電池的研發(fā)工作……專家表示，固態(tài)電池并非十全十美，仍有一些關(guān)鍵問題有待突破，如倍率性能偏低、充電速度慢、電解質(zhì)材料缺乏等。

　　記者注意到，市面上動力電池的新產(chǎn)品還有無鈷電池、四元電池等等。對于未來動力電池新材料、新技術(shù)的發(fā)展，何巍表示，從產(chǎn)業(yè)化角度來看，動力電池新材料、新技術(shù)有兩個評價維度，首先是技術(shù)成熟度，具備好的技術(shù)方向和技術(shù)成熟度的產(chǎn)品，才有產(chǎn)業(yè)化推廣價值；其次是應(yīng)用價值，如高鎳材料或NCA，已經(jīng)在電單車、電動工具等方面擁有近10年的應(yīng)用經(jīng)驗，成熟后再應(yīng)用到新能源汽車上。任何技術(shù)的發(fā)展都要循序漸進(jìn)、腳踏實地。（■本報記者 樊桐杰）