在嘗試了市面上超過(guò)300種電池后，特斯拉才認(rèn)定三元鋰電池。
特斯拉電池技術(shù)總監(jiān)Kurt Kelty給出的理由是：能量密度更大且穩(wěn)定性、一致性更好；可以有效降低電池系統(tǒng)的成本；尺寸小但可控性和安全性都不斷提高。
事實(shí)證明，Kurt Kelty的選擇絕對(duì)正確。
在特斯拉從首款車(chē)型Roadster向目前最風(fēng)靡的Model S“轉(zhuǎn)型”的4年時(shí)間里，電池組成本已經(jīng)下降了約44%，并且會(huì)繼續(xù)下降。
現(xiàn)在，MODEL S續(xù)航里程能夠達(dá)到486公里，電池容量達(dá)到85kWh（1kwh=1度），采用8142個(gè)3.4AH（AH，安時(shí)數(shù)，是反映電池容量大小的指標(biāo)之一）的松下18650型電池。工程師們將這些電池以磚、片形式逐一平均分配，最終組成一整個(gè)電池包，放置于車(chē)身底板。
就在7日，特斯拉發(fā)布今年第一季度財(cái)報(bào)，首席執(zhí)行官馬斯克說(shuō)，特斯拉與松下達(dá)成協(xié)議，將建造一座耗資約50億美元的超級(jí)鋰離子電池廠。
當(dāng)特斯拉MODEL S在高速公路上飛馳的時(shí)候，各方對(duì)三元鋰電池的關(guān)注度也以幾何級(jí)數(shù)飛增。
三元聚合物鋰電池
是指正極材料使用鋰鎳鈷錳三元正極材料的鋰電池，鋰離子電池的正極材料有很多種，主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。目前三元材料的電芯代替了之前廣泛使用的鈷酸鋰電芯，在筆記本電池領(lǐng)域廣泛被使用。
“用蘋(píng)果和安卓（智能手機(jī)）的都是好孩子，因?yàn)槊刻毂仨毎磿r(shí)回家……充電。”
這個(gè)流傳甚廣的段子不僅調(diào)侃了當(dāng)下人們對(duì)電子產(chǎn)品嚴(yán)重的依賴(lài)性，更有意思的是，它還折射了一種科技界的流行癥——對(duì)電池容量小、充電次數(shù)頻繁的焦慮。
焦慮癥蔓延的時(shí)候，特斯拉出現(xiàn)了，還帶來(lái)一個(gè)救星：三元鋰電池。
“旋風(fēng)”突襲之前，有關(guān)電池以及充電問(wèn)題的討論被不斷放大，篇幅遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)特斯拉汽車(chē)的其他性能。但很快，當(dāng)特斯拉最知名車(chē)型MODEL S采用三元鋰電池（即以鎳鈷鋁三元材料為正極材料的鋰電池）的消息傳出，整個(gè)電池業(yè)豁然開(kāi)朗。
大而化小。這款應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)的技術(shù)，適時(shí)緩解了從智能手機(jī)到可穿戴設(shè)備，甚至充電寶等小型電子產(chǎn)品的“充電焦慮癥”。鋰電池，也正式迎來(lái)三元材料時(shí)代。
正極材料 鋰電池之心
我們的手機(jī)里、手表里、平板電腦里，鋰電池?zé)o所不在。
這種在當(dāng)代被廣泛應(yīng)用的產(chǎn)品，據(jù)考證靈感最早來(lái)源于愛(ài)迪生。他曾使金屬鋰和二氧化錳發(fā)生作用，產(chǎn)生放電反應(yīng)。
經(jīng)過(guò)這么多年的技術(shù)發(fā)展和改進(jìn)，今天，一顆合格鋰電池的基本組成包括外殼、正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液等。其中，正極材料對(duì)于鋰電池的能量密度、安全性、循環(huán)壽命等起著決定性作用，占鋰電池成本的40%，其技術(shù)發(fā)展也變得尤為關(guān)鍵。
目前，主流的正極材料包括鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰以及鎳鈷錳酸鋰三元材料等。就能量密度、成本、安全性、熱穩(wěn)定性和循環(huán)壽命來(lái)看，上述主流正極材料的表現(xiàn)各有千秋，這也導(dǎo)致動(dòng)力鋰電池正極材料技術(shù)路線出現(xiàn)分化。
但無(wú)論如何，對(duì)鋰電池而言，鈷金屬是必不可少的材料。
不過(guò)，金屬鈷一方面價(jià)格高昂，一方面存在毒性，無(wú)論技術(shù)領(lǐng)先的日韓企業(yè)還是國(guó)產(chǎn)電池廠商近年來(lái)都致力于電池“少鈷化”。
在這種趨勢(shì)下，以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料制備而成的鎳鈷錳酸鋰三元材料漸漸受到推崇。從化學(xué)性質(zhì)角度出發(fā)，三元材料屬于過(guò)度金屬氧化物，電池的能量密度較高。
盡管在三元材料中，鈷的作用仍不可缺少，但質(zhì)量分?jǐn)?shù)通?？刂圃?0%左右，成本顯著下降。而且同時(shí)兼具鈷酸鋰和鎳酸鋰的優(yōu)點(diǎn)。
隨著近年來(lái)國(guó)內(nèi)外廠商不斷加碼生產(chǎn)，以三元材料為正極材料的鋰電池取代商用鈷酸鋰的趨勢(shì)已十分明顯。
大到電動(dòng)汽車(chē)，小到智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備或者充電寶，這種新型技術(shù)都完全適用。
特斯拉大手筆 三元材料迎高峰
在特斯拉之前，各界對(duì)三元材料知之甚少。
直到特斯拉宣布在其風(fēng)靡全球的高端跑車(chē)MODEL S車(chē)型上采用三元材料作為電池正極材料，這一技術(shù)才漸漸被廣泛認(rèn)可。如今儼然已是未來(lái)動(dòng)力電池的發(fā)展方向。
公開(kāi)資料顯示，特斯拉MODEL S續(xù)航里程能夠達(dá)到486公里，電池容量達(dá)到85kWh，采用了8142個(gè)3.4AH的松下18650型電池。工程師將這些電池以磚、片的形式逐一平均分配最終組成一整個(gè)電池包，電池包位于車(chē)身底板。
任何事物都有兩面性。盡管鎳鈷鋁能量密度高，但由于鎳鈷鋁的高溫結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，導(dǎo)致高溫安全性差，且pH 值過(guò)高易使單體脹氣，進(jìn)而引發(fā)危險(xiǎn)。
最終，特斯拉通過(guò)有效的電力管理系統(tǒng)解決了三元鋰電池的安全性問(wèn)題，并使單位成本卻遠(yuǎn)低于其他電動(dòng)車(chē)型，大約為416美元/kWh。
特斯拉7日稱(chēng)，該公司已與日本松下公司簽署共建超級(jí)電池廠的意向書(shū)，這項(xiàng)工程可望下月動(dòng)工。
特斯拉今年2月宣布，為適應(yīng)量產(chǎn)電動(dòng)車(chē)的需求，將建造一座耗資約50億美元的超級(jí)鋰離子電池廠，預(yù)計(jì)將滿足特斯拉年產(chǎn)50萬(wàn)輛電動(dòng)車(chē)的需求，電池組每千瓦時(shí)的成本將降低逾30％。
特斯拉7日發(fā)布今年第一季度財(cái)報(bào)，首席執(zhí)行官馬斯克表示，特斯拉與松下就共建超級(jí)電池廠簽署了意向書(shū)，雙方已組建電池生產(chǎn)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。
松下目前是特斯拉的主要電池供貨商。根據(jù)雙方2011年簽署的協(xié)議，松下在4年內(nèi)為特斯拉提供6．4億塊汽車(chē)級(jí)鋰離子電池。這一供貨量后來(lái)又增加到18億塊。
關(guān)于電池廠的最終選址，特斯拉尚未敲定，備選地包括亞利桑那、內(nèi)華達(dá)、新墨西哥、得克薩斯以及加利福尼亞等5個(gè)州。馬斯克表示，為最大限度減少延期風(fēng)險(xiǎn)，特斯拉將在至少兩個(gè)地點(diǎn)建電池廠。
特斯拉在最新財(cái)報(bào)中說(shuō)，全球市場(chǎng)對(duì)Ｍｏｄｅｌ Ｓ全電動(dòng)汽車(chē)的需求增長(zhǎng)較快，公司今年將交付3．5萬(wàn)輛。目前特斯拉的生產(chǎn)能力是每周近700輛，今年年底有望增至每周1000輛。
松下曾在2010年向特斯拉投資3000萬(wàn)美元，成為其股東之一。并且于2011年達(dá)成戰(zhàn)略協(xié)議，將負(fù)責(zé)特斯拉今后5年全部車(chē)輛的電池供應(yīng)。
電池行業(yè)人士告訴記者，鑒于特斯拉和松下在三元材料電池方面的合作，再加上特斯拉建設(shè)超級(jí)電池廠這一大手筆。未來(lái)，三元材料電池將進(jìn)入一個(gè)全新的發(fā)展高峰。
值得注意的是，除了特斯拉MODEL S，有消息稱(chēng)雪佛蘭Volt 沃藍(lán)達(dá)汽車(chē)采用的是LG化學(xué)提供的三元正極材料電池。電池保質(zhì)期達(dá)到8年，行程可達(dá)16萬(wàn)公里左右。2011年，雪佛蘭Volt 沃藍(lán)達(dá)從位于上海金橋的通用汽車(chē)中國(guó)總部出發(fā)，途經(jīng)多種路況，完成了約248公里省道的不間斷行駛，也在一定程度上證明了這種電池高效的性能。
“雖然國(guó)內(nèi)電動(dòng)車(chē)廠商（比如比亞迪）主流觀點(diǎn)仍是堅(jiān)持采用磷酸鐵鋰（材料制造商如天津斯特蘭科技）電池，但也有部分電池廠商明顯踏上了追隨日韓企業(yè)的步伐，把重點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)了三元材料。”有研究人士說(shuō)。
可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)隨著電動(dòng)汽車(chē)的普及，三元材料的需求量必將進(jìn)一步上升。而且，三元材料還將在復(fù)合電池材料中占據(jù)一席之地，以更好地平衡成本和性能。
日韓技術(shù)領(lǐng)先 國(guó)內(nèi)企業(yè)忙追趕
從全球范圍來(lái)看，各方對(duì)三元材料的研發(fā)生產(chǎn)都在不斷推進(jìn)。在這個(gè)過(guò)程中，材料性能大幅提升，應(yīng)用領(lǐng)域也一再拓展。
2009年8月，美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬宣布用24億美元支持企業(yè)發(fā)展“下一代”電池和電動(dòng)車(chē)計(jì)劃，三元材料電池生產(chǎn)企業(yè)被納入補(bǔ)貼范圍。
2012年2月，我國(guó)工信部發(fā)布的《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中，提出到2015年將新增正極材料產(chǎn)能4.5萬(wàn)噸/年，將組織開(kāi)發(fā)包含高效率、大容量、長(zhǎng)壽命、安全性能能的鎳鈷錳三元系電池正極材料。
不過(guò)截至目前，高端三元材料生產(chǎn)技術(shù)主要集中在日韓企業(yè)中。一些知名電池廠商從2010年就開(kāi)始全面使用三元材料。
有資料稱(chēng)，日本的三元材料電池性能甚至已接近于鈷酸鋰電池。能得到特斯拉的青睞，也證明了日本廠商提供的三元材料具備高品質(zhì)。
從供應(yīng)角度來(lái)看，日亞化學(xué)、韓國(guó)L&F、比利時(shí)UMICORE這三家公司是全球鋰電池正極材料主要供應(yīng)商，2012年上述3家企業(yè)市場(chǎng)份額合計(jì)為36%。
國(guó)內(nèi)三元材料生產(chǎn)從2005年左右起步，截至目前也已出現(xiàn)了10家左右規(guī)模企業(yè)，其中不乏上市公司。
不少企業(yè)長(zhǎng)期與日韓電池企業(yè)保持上下游合作關(guān)系，也有企業(yè)獲得美國(guó)3M公司授權(quán)代工，總體而言，這些企業(yè)在三元材料技術(shù)制造和應(yīng)用領(lǐng)域方面仍面臨較大的局限，幾乎沒(méi)有產(chǎn)品面向動(dòng)力電池領(lǐng)域，難與日韓企業(yè)正面對(duì)抗。
最近一則新聞顯示，中國(guó)企業(yè)終于也開(kāi)始涉足動(dòng)力電池領(lǐng)域。再生資源龍頭企業(yè)格林美近日公告稱(chēng)，該公司控股子公司江蘇凱力克鈷業(yè)股份有限公司以現(xiàn)金5298.2萬(wàn)元收購(gòu)清美化學(xué)株式會(huì)社、長(zhǎng)瀨產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社、上海信銘國(guó)際貿(mào)易有限公司合計(jì)持有的清美通達(dá)鋰能59%的股權(quán)。
而清美通達(dá)鋰能研發(fā)的重點(diǎn)方向就包括三元正極材料。而公司高管不久前曾透露，鎳鈷錳三元電池材料項(xiàng)目已在進(jìn)行中，并且看好三元材料在新能源汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用。
CONTACT US
ICC APP
