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三元鋰電池 來自特斯拉的救星

發布時間: 2014-05-09 10:18:25    來源: 上海證券報
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[摘要]在嘗試了市面上超過300種電池后,特斯拉才認定三元鋰電池。


  經過這么多年的技術發展和改進,今天,一顆合格鋰電池的基本組成包括外殼、正極材料、負極材料、隔膜、電解液等。其中,正極材料對于鋰電池的能量密度、安全性、循環壽命等起著決定性作用,占鋰電池成本的40%,其技術發展也變得尤為關鍵。
  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、熱穩定性和循環壽命來看,上述主流正極材料的表現各有千秋,這也導致動力鋰電池正極材料技術路線出現分化。
  但無論如何,對鋰電池而言,鈷金屬是必不可少的材料。
  不過,金屬鈷一方面價格高昂,一方面存在毒性,無論技術領先的日韓企業還是國產電池廠商近年來都致力于電池“少鈷化”。
  在這種趨勢下,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。從化學性質角度出發,三元材料屬于過度金屬氧化物,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,但質量分數通??刂圃?0%左右,成本顯著下降。而且同時兼具鈷酸鋰和鎳酸鋰的優點。
  隨著近年來國內外廠商不斷加碼生產,以三元材料為正極材料的鋰電池取代商用鈷酸鋰的趨勢已十分明顯。
  大到電動汽車,小到智能手機、可穿戴設備或者充電寶,這種新型技術都完全適用。
  特斯拉大手筆 三元材料迎高峰
  在特斯拉之前,各界對三元材料知之甚少。
  直到特斯拉宣布在其風靡全球的高端跑車MODEL S車型上采用三元材料作為電池正極材料,這一技術才漸漸被廣泛認可。如今儼然已是未來動力電池的發展方向。
  公開資料顯示,特斯拉MODEL S續航里程能夠達到486公里,電池容量達到85kWh,采用了8142個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電池包,電池包位于車身底板。
  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構不穩定,導致高溫安全性差,且pH 值過高易使單體脹氣,進而引發危險。
  最終,特斯拉通過有效的電力管理系統解決了三元鋰電池的安全性問題,并使單位成本卻遠低于其他電動車型,大約為416美元/kWh。
  特斯拉7日稱,該公司已與日本松下公司簽署共建超級電池廠的意向書,這項工程可望下月動工。
  特斯拉今年2月宣布,為適應量產電動車的需求,將建造一座耗資約50億美元的超級鋰離子電池廠,預計將滿足特斯拉年產50萬輛電動車的需求,電池組每千瓦時的成本將降低逾30%。
  特斯拉7日發布今年第一季度財報,首席執行官馬斯克表示,特斯拉與松下就共建超級電池廠簽署了意向書,雙方已組建電池生產的研發團隊。
  松下目前是特斯拉的主要電池供貨商。根據雙方2011年簽署的協議,松下在4年內為特斯拉提供6.4億塊汽車級鋰離子電池。這一供貨量后來又增加到18億塊。
  關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、內華達、新墨西哥、得克薩斯以及加利福尼亞等5個州。馬斯克表示,為最大限度減少延期風險,特斯拉將在至少兩個地點建電池廠。
  特斯拉在最新財報中說,全球市場對Model S全電動汽車的需求增長較快,公司今年將交付3.5萬輛。目前特斯拉的生產能力是每周近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3000萬美元,成為其股東之一。并且于2011年達成戰略協議,將負責特斯拉今后5年全部車輛的電池供應。
  電池行業人士告訴記者,鑒于特斯拉和松下在三元材料電池方面的合作,再加上特斯拉建設超級電池廠這一大手筆。未來,三元材料電池將進入一個全新的發展高峰。
  值得注意的是,除了特斯拉MODEL S,有消息稱雪佛蘭Volt 沃藍達汽車采用的是LG化學提供的三元正極材料電池。電池保質期達到8年,行程可達16萬公里左右。2011年,雪佛蘭Volt 沃藍達從位于上海金橋的通用汽車中國總部出發,途經多種路況,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。
  “雖然國內電動車廠商(比如比亞迪)主流觀點仍是堅持采用磷酸鐵鋰電池,但也有部分電池廠商明顯踏上了追隨日韓企業的步伐,把重點對準了三元材料?!庇醒芯咳耸空f。
  可以預見,未來隨著電動汽車的普及,三元材料的需求量必將進一步上升。而且,三元材料還將在復合電池材料中占據一席之地,以更好地平衡成本和性能。

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