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这个元素火了,全世界的动力电池厂商跪求资源|首席未来官

2021-09-15  黑白马2010

电动车已经成为汽车市场的潮流,电池是电动车最主要零部件,成本约占电动车总制造成本的35%。

锂离子电池因为其能量密度高、续航能力强、循环寿命长、充电时间短、高低温适应性强等优点,目前已成为电动车动力电池的主流选择。

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锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。电池主要构成是正极材料、负极材料、电解液和隔膜。

锂离子电池的性能主要取决于其正极材料,市场上所说的三元锂电池是指以镍盐、钴盐、锰盐为正极材料的锂离子电池。

镍钴锰三元正极材料中镍钴锰比例可在一定范围内调整,并且其性能随着镍钴锰的比例的不同而变化。

因此,为了进一步降低钴等价格高的金属的含量,同时进一步提高电池性能,世界各国在镍、钴、锰三元材料的研究和开发方面做了大量的工作,提出了多个具有不同镍、钴、锰比例三元锂电池体系,包括333,523,811体系等。

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镍钴锰三元材料中,镍为主要活性元素,一般来讲镍成分含量越高,电池容量越大,但当镍含量过高时容量反而会降低。钴也是活性金属,能起到稳定材料层状结构的作用。锰不参与电化学反应,可提高安全性和稳定性,同时降低成本。

电动车对动力电池续航里程的要求越来越高,相应对电池的能量密度提出了越来越严苛的要求。

要获得高能量密度且安全稳定的动力电池,必须增加镍及钴在三元材料中的比重,但同时镍的活泼特性也带来了安全隐患,金属钴资源缺乏也相应增加了电池的成本,市场需要在性能和价格上做出平衡。

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不同三元锂电池的装机占比

(1)333型三元材料则兼具能量、倍率、循环性和安全性能优势,但是,333型存在首次充放电效率低、锂层中阳离子混排等问题,影响材料的稳定性,且放电电压较低,逐渐被淘汰。

(2)523型三元材料一度是用量最大的三元材料,具有较高的比容量和热稳定性,且工艺的成熟性和稳定性不断提升,近两年装机占比也在下降。

(3)622型三元材料中镍含量达到60%,能量密度高于523型,且加工性能良好,装机占比也在逐步上升。

(4)811型三元材料因为镍含量高、钴含量低,具备高容量、低价格等优势,但同时稳定性变差。

由于高镍811技术尚不完全成熟导致安全性备受质疑,但是811的装机占比正在提升,长期看高镍811仍然是三元材料体系未来重要的发展方向。

虽然三元材料为三元锂离子电池带来了更高的能量密度,但是其热稳定性的安全性能则成了更大的挑战。

高镍材料在200℃度左右就开始发生分解释放氧气,导致锂离子电池鼓包,严重的甚至会热失控,进而发展成燃烧爆炸事故。

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研究表明热失控发展成燃烧爆炸主要是正极材料高温分解出氧气与气化的电解液,以及负极与电解液反应出现了大量烷烃类气体,这些气体混合后在高温下发生了自燃。

尽管三元锂离子电池在使用中增加了许多种安全保护措施,但是还是会有偶然性发生自燃。

另外原材料这方面,三元锂电池最缺的原材料是钴和镍,最不缺的是锂。

钴矿的分布很不均匀,全球一半的探明储量都在非洲的刚果,刚果的产量占世界总产量的2/3。储量排名第二和第三的分别是澳大利亚和古巴,分别占全球的17.5%和7.3%,中国只占1.2%。

刚果是一个战乱频发的国家,钴的价格经常出现忽高忽低,于是全球电池企业现在共同的措施是,研发无钴和少钴电池。

镍矿的情况比钴矿好一些,但分布也比较集中的。印尼占全球的1/3,其次是澳大利亚、巴西、俄罗斯,中国镍矿只占全球储量的3%。

但能不能研发无镍或者少镍的锂电池呢?答案是不行,因为镍几乎决定了锂电池的能量密度的高低,少了镍的锂电池,能量密度还不如磷酸铁锂电池高。

中国是一个少镍少钴的国家,但电动汽车却是全球最大的市场,所以,对于动力电池企业来说,未来解决镍的供应就是抓住了供应链的核心。

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