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国轩高科高级副总裁徐兴无:动力电池“无钴”不现实

陈宇钒
2020-09-17 · 16:42
[ 亿欧导读 ] 动力电池“无钴”不现实,钴的结构稳定性和优质的导电性难以替代;固态电池技术将在未来实现高安全性固液电池的产业化应用。
嘉宾,

作者:陈宇钒,图片来自“特定授权”

2020年9月16日-17日,全球新能源汽车供应链创新大会在南京召开。本届峰会由南京市人民政府和中国电动汽车百人会主办。亿欧汽车作为大会深度合作媒体受邀参加,并为您带来最新内容分享。国轩高科高级副总裁徐兴无分享了国轩高科动力电池最新的发展方向和技术选择。

以下为演讲内容精选,由亿欧汽车编辑,主要观点有:

徐兴无认为,电池作为汽车电动化的核心零部件,要兼顾能量密度、寿命、成本和安全。考虑到钴的稀缺性和其成本的不稳定性,无钴是发展方向,特斯拉已经宣布要做无钴的电池。但是,动力电池“无钴”不现实,钴的结构稳定性和优质的导电性难以替代,所以目前国轩高科重点发展多元低钴的三元材料。

对于能量密度提升的问题,徐兴无提到了硅负极循坏衰竭的技术难关:当前国家重大专项正在做攻坚,解决材料膨胀的问题,有纳米化、预留空间等思路。如果要进一步提高最能量密度,比较可靠是固态电池技术路线。但是,目前仍需要探索低成本且可实行的解放方案,逐步实现产业化。

以下为演讲实录(有删改):

我研究的题目是下一代动力电池关键材料和技术,也契合今天的电动化供应链的未来机会的主题。汽车电动化是一个方向,是一个不可逆转的世界潮流。中国坚定不移的走汽车电动化的路线,作为国家战略,主要是基于能源安全、环保治理,特别是汽车工业转型,还有汽车新四化。世界上不同的国家在这个方面有不同的见解,比如说美国可能在这方面不是太明确,但是欧洲特别是德国已经明确了汽车电动化的技术路线,最近大家都知道大众入驻国轩,入驻江淮,建立很强的控股,充分说明了汽车电动化这样一个非常坚定的信心,也表明一种趋势。

那么电池作为汽车电动化的核心零部件下一代到底怎么走?这是大家关心的一个问题,从电动汽车的角度要求,电池能量密度要做的高,寿命要长,成本要低,要安全。这看起来很简单的要求,事实上有时候往往也走了一些弯路,就是片面的追求能量密度,在追求能量密度的同时没有兼顾安全或者是成本。这就会造成一些能量密度看起来很高,但是安全没有考虑好。

最近也有一些争论,811材料产品等也在市场上和网络上比较火,大家比较担心811材料。所以走到这个坎上,下一步很纠结,又要高能量密度又不能丧失安全,同时还要考虑成本。怎么去平衡,这确实是非常难,不是简单的几个字、几句话就说得清楚的。

最近比较热点的,特斯拉已经宣布要做无钴的电池。它的风一吹,大家就会说磷酸铁锂就会上升到比较高的身份了。高镍三元等争议新闻网上可以查到,我们有四元的所谓无钴的材料电池。那么到底是不是要走无钴的技术路线,后面我会展开详细的介绍。目前都是石墨类的,下一代如果再提高能量密度要用硅负极,所以负极也要提升能量密度才能够把电池能量密度提高。

电池技术路线这个争论也比较大,因为前一段时间炒的比较火的就是氢燃料电池,这是下一代的终极能源,就是氢和氧结合成水,但是要做燃料电池到底多长时间?包括它的成本、基础设施等等。氢燃料在长途、大卡车等等可以,但是如果短期内要推广氢燃料的话还有很多制约条件,短期内应该不会形成大的市场规模,至少在十年之内。

那么到2025年或2030年,就是固态电池。我们在日本了解到,虽然他们把氢燃料电池做的高大上,但是实际的路线还是固态电池。固态电池在我们现有的基础上利用了一些高性能的材料解决安全问题的思路,目前的发展比较现实的就是固态电池。

我们讲少钴材料,而镍的资源相对来讲丰富一点,全球是7200万吨,钴资源比较少,全球是320万吨的储量,大部分在非洲,所以开发比较难。同时,资源开发没有控制,以后价格控制不住。请看屏幕上最右边那张图,右上角的那张图涨的非常厉害,最高的时候涨到几十万,波动较大。这样的话,作为一个基础的原材料在后期我们怎么来制定电池的技术路线,比如成本就控制不住,不知道什么时候涨,什么时候跌。如果制定了成本目标,材料价格涨了怎么办,这就非常困扰我们。基于这样的考虑,特斯拉就说我不用钴,就表达这种愿望。

但是这个钴是不是可以完全的不用呢,从理论上来看,三元材料各有各的作用,镍是提高容量的,钴是稳定结构的。这个具体的专业知识在这里就不展开了,有钴在这里面可以稳定结构,导电性也比较好,就是它有它的作用,否则的话早就把钴排除在外了。如果现在要把钴去掉的话,可以把锰提上来,或者加上铝,这样也可以起到一定的作用。但是如果是真正的无钴,我们就看到四元材料,它的优势就是成本比较低,没有钴,用锰来取代钴的话电导率比较低,综合能量密度不高,循环也不太好,所以它有比较明显的缺点。如果真的把钴全部取消还是有一定问题的。这里面就怎么来找一个平衡点,降钴但不是降到零,叫多元低钴的三元材料,可以加点铝,再把锰提升一点,这些具体的数据我就不说了。这是我们的技术路线,目前已经做了很多的工作了。目标就是钴能够降到1%的水平,基本上维持它的性能没有太大的变化。

再讲硅负极这个理论的能量密度,容量可以做到3000 mAh/g。如果理论不变的情况下只做硅负极,3000 mAh/g的话可以提到42%,基本上提高50%的能量密度。从全球的规模来看,增长也是比较快,特别是2019年到了1779万吨了,还是占了整个负极市场的6%。

那么硅负极可以提高能量密度是毫无疑问的,但最大的问题在哪里呢?因为这个硅负极要不断的嵌入很多锂,整个循环,会膨胀。从技术上怎么解决材料的膨胀,怎么控制SEI膜的破裂,还有它嵌进去就不出来了的问题,就需要用到预锂技术。有好的地方,也有差的地方。

那么循环衰减的问题怎么解决?改善电解液性能至关重要。我们国家重大专项中间有一个就是在做硅负极的研究,好多团队都在做这个攻坚,比较难。材料膨胀也是一个问题,就是你做不好的话就胀裂了,所以在实际应用过程中必须要把这个材料膨胀的问题解决掉。

再讲一个思路,比如把它搞成纳米化的材料,或者给它预留一些空间让它膨胀,还有给他一个桶的思路,让他在桶里面不让他膨胀等。这些想法去改变性能,然后就是预锂化的过程,这时候需要补锂。这是我们做的一些工作,这个预锂化是真空蒸镀,比如说先压成薄膜,然后放粉,加上一些添加剂等等。比较流行的就是真空蒸镀预锂,因为比较均匀,就是在这个过程中上面镀了一层均匀的锂,这种方式是可行的,但是成本比较高,设备非常贵。

最后一个就是固态电池,固态电池应该来说是一个发展方向,如果想进一步提高能量密度,目前来说比较可靠的就是固态电池技术路线。事实上它非常难,就是固态电解质的正极怎么做,极片怎么做。完全靠固态电池,电导率还没有达到液态的水平,界面很难解决,所以采取折中的办法,加一点电解液的技术路线。目前可实现的能够量产的基本上走的都是这种技术路线,所以还是一步一步的来,首先是产业化,逐步提高能量密度。

本文来源于亿欧,原创文章,作者:陈宇钒。转载或合作请点击转载说明,违规转载法律必究。

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