北京當升材料科技股份有限公司董事、總經理李建忠

今天講三個方面,一個是關于整個體系的情況,以及未來的一個發展趨勢,還有目前大家關心的,對于三元正極材料的安全性問題解決的方案和大家做一個交流。

首先來看目前的動力用的正極材料的主要的體系,主要是三類,一類是包括NMC和NCA的三元材料,目前單體能量密度可以做到280,在PACK領域可以超過160。第二類是磷酸鐵鋰,目前單體超過180,系統的能量密度目前可以做到145左右。當然還有一部分是錳酸鋰,從目前主流的一些來看,不管是國內還是國外的主流車型這幾年也是這樣,逐漸有能量密度的提升。也可以看到,它的能量密度也有了很大的提高,特斯拉能量密度提升比較快一些,包括國內的車型基本在160每千克以上。

從國際上的一些車型和國際上的主要電池廠來看,目前主要選擇的材料體系來看,不管從日本的索尼還有包括NSC,NCM還是占大多數的。現在,也在開發811(音),遠景在沒收購之前,提供第一代的811,現在開發第二代811,雖然沒有推出出來,為了慎重起見,又測試了一遍,也說明了一個負責任的態度。

國內的電池廠和國內配套的車,目前來說也是三元占了大多數,在大巴和乘用車方面包括磷酸鐵鋰有一部分。

333、523不講了,目前到6這一系列,其實6也發生了很大的變化,從最初的60現在做到65,甚至到了70,那么目前6列的最高的容量也將近了1:9,循環壽命比較好。從整個的可比容量來說,可以做到210以上,它的循環壽命常溫的2000次以上,高溫循環也可以做到1200次以上,足以滿足整個使用壽命的要求。

這是NCA的,可比容量做到215以上,壓實密度在3.7以上,而且表示了很好的循環壽命。其實到了第三代,現在我們在做的開發出來的既不是簡單的NCM,也不是簡單的NCA,長城也是我們的客戶,開發了四元材料,其實就是NCMA,現在韓國的國際客戶他們用第三代的,實際上就是NCMA。加了A以后,輸出性比較好,如果是M,在同樣的鎳含量下容量表現更高,NCMA以后,基本上輸出性、容量各方面表現都比較突出,也表現比較好的循環壽命。

還有一個是磷酸鐵鋰,其實現在磷酸鐵鋰已經到了單晶化和納米化,在實驗室可以做到可比容量已經是160以上了。表現出非常好的循環穩定性。當然如果我們做成磷酸錳鐵鋰,它的可比容量提高改變不是太大,但是它的電壓平臺從3.3提高到3.8,要提升20%到25%,但是實際做成電池能量密度提升到15%左右,說明還有提升空間。最主要的是它表現了非常好的一個熱穩定性,同時還有循環性,以及它的倍率性。這個材料假設提升到了3.8V,我們可以和三元進行混合使用,保證了循環壽命、熱穩定性都很好,成本又很低。如果把它的壓實提升一下,尤其在負極上面做一些工作,能量密度上升以后,這一款材料表示出很大的優勢,所以比亞迪說明年把體積密度提升50%以上,反正提高百分之二三十還是有可能的,這是目前的幾款材料的現狀。

我們看一下未來的趨勢,我們先從車廠來看,介紹一下歐洲的車廠。跟寶馬我們也都是多年的老朋友了,定期保持技術上的交流,德國寶馬那邊也到當升這有四五次,看看寶馬,基本上也是有一個續航里程的要求,成本降低的要求,希望能夠在2025年前后他們的能量密度有一個大幅度的提升,但是用的可能是固態電池,這是他們的一個路徑。

那么這是歐洲另外一個主流車廠,也是和當升合作的。到2025年,他們希望到500公里以上,這個要到800瓦時以上的,當然續航能力達到700以上,他們仍然是使用固態鋰電電池這一塊,跟寶馬有點類似。成本上希望到明年能降到每千瓦時小于100歐,目前其實已經到了這個成本,從今年上半年來看國內的成本大概在800-900千瓦時。剛才的材料體系也是用三元高鎳化或者是其他的路線實現的,基本追求的目標是一樣的。

一個是來自于日本的合作伙伴,大家可以看到,它在右下角的正極材料體系仍然是熱穩定性比較高的高熱材料,所以它也是追求這么一個目標。

這是咱們中國代表的一家電池廠,基本上也是目前它可以做到了如果是單體超過280,到明年可以做到300-350千瓦,需要在負極上做一點文章了。2025年以后,也是用到了固態鋰電,希望達到350以上。所以總的來說,電池的一個路線,基本上沿著現在的還是在液態鋰電下進行改變,走向固態,當然還是在鋰電池下。按照這個材料的路線,基本上也是這樣,比如說以三元材料為例,單晶化、高鎳化,在未來我想過三五年,會取得突破,成本會進一步降低。

從成本的角度講,應該是逐年下降,但是這里目前可以這么說,單算它的原料和制造成本一定是實現我們所說的1塊錢一下,但是追求到五毛六毛,前提是原材料成本恢復到正常,也就是說做到鎳在12000每斤,但是如果原材料反復操作,那個時候要達到成本降低,可能還不大,所以原材料是很關鍵的,技術上是沒問題的。當然未來作為福利蒙及進展也是比較快的。 當然,固態鋰電的開發我想過個三五年也會有突破,從實驗室來看,如果是用622做的話,而且是采用全固態,包括負極也采用金屬鋰負極,這個可比容量做到180以上,和液態鋰電池下的水平差不多,而且循環利用得到了改善。這是未來的趨勢。

實際上大家關心最多的還是安全性問題,剛才趙總還有其他幾位專家都提到了,從材料角度講,確確實實目前最大還是來自于安全的挑戰,這是熱失控的圖表,怎么解決150度內不出現熱失控,出現熱失控以后什么材料都沒有用,所以我們要做的,除了材料的安全,材料的設計和制備,還有電池的設計和制備,以及正確的使用和維護。

首先從材料角度講怎么提高安全性?在制備的時候,從全體系提高徑向結構的強度,抑制一些分化、裂化的問題,比如說采用單晶化的,像國內的比亞迪,開始采用純單晶的,還有采用混合適用的。還有一些摻雜改性,穩定材料晶體的結構,使它耐受高溫高壓,當然需要技術性的控制,我摻雜的元素讓它到過渡金屬位,不同位置是不一樣的。當然也包括特殊的包覆的處理,穩定結構,減少過渡金屬的溢出。還有對金屬異物的控制。

當然最終我們還是希望能夠實現固態鋰電的突破,從根本上解決液態鋰電下解決不了的問題。以上是我的報告,謝謝大家!

 
當升科技 李建忠 三元正極材料 磷酸鐵鋰
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