中國儲能網(wǎng)訊：動力鋰離子電池去鈷化已經(jīng)成為一種趨勢，但要完全實現(xiàn)無鈷化還要克服更多技術(shù)難關(guān)。
2017年以來，鈷材料受下游三元動力電池需求大幅增長出現(xiàn)供應(yīng)緊缺，進而導(dǎo)致價格暴漲，從20萬元/噸的價格暴漲至66萬元/噸的歷史高位，從而使三元動力電池成本大幅上升。
為了降低成本以及提升電池能量密度，提升鎳的含量，降低鈷的含量，通過改變材料配方的方式被業(yè)內(nèi)認(rèn)為是一種可行性方法。在此情況之外，近年來國內(nèi)外電池企業(yè)的三元電池材料體系開始從NMC523向622升級，再向811挺進，逐步降低了鋰電池的鈷含量，逐步實現(xiàn)高鎳少鈷直至無鈷化。
在中國，以寧德時代為代表的本土電池企業(yè)已經(jīng)正式量產(chǎn)并向市場批量供貨NMC811電池，拉開了國內(nèi)高鎳電池的應(yīng)用序幕，其它電池企業(yè)也在積極推進高鎳電池的研發(fā)與量產(chǎn)，將其作為公司的下一代高比能電池。
而在國內(nèi)，日韓電池企業(yè)也在積極研發(fā)，而且在技術(shù)研發(fā)上走得更靠前。
2018年，松下宣布正在開發(fā)無鈷電動汽車電池。松下汽車電池部門的負責(zé)人田村堅表示：“我們已經(jīng)大大降低了鈷在電池中的含量，鈷在三元電池中的比例已經(jīng)降到3%，現(xiàn)在我們的目標(biāo)是實現(xiàn)無鈷化，這項技術(shù)已經(jīng)在研發(fā)當(dāng)中?！?
2018年5月初，特斯拉宣布其Model 3安裝的電池已經(jīng)極大地降低了鈷的含量。與此同時提高了鎳的含量，從而達到了有史以來最高的能量密度，并且實現(xiàn)了超強的耐熱性。
特斯拉CEO馬斯克在社交媒介上表示，在特斯拉Model 3的電池中，含鈷量已經(jīng)降到不到3%。他們將繼續(xù)改進技術(shù)，爭取在下一代電池中完全拋棄鈷，改變“帶血的電池”的名聲。
2018年，特斯拉累計交付145846輛Model3，實現(xiàn)21700電池累計裝機10938450kWh(10.9GWh )，搭載的就是松下為其研發(fā)的鈷含量不足3%的高鎳電池。這表明松下的低鈷化電池已經(jīng)得到了大規(guī)模量產(chǎn)且批量應(yīng)用，證實了高鎳少鈷電池的可行性。
2019年，特斯拉Model3車型銷量依舊火爆，預(yù)計銷量將進一步增長，從而對少鈷化電池產(chǎn)生更大的需求。而鋰電池少鈷化甚至無鈷化也將為特斯拉降低成本起到積極作用。
值得注意的是，SKI也在研究鋰電池低鈷化。SKI總經(jīng)理金俊宣布2019年將開發(fā)的新一代電動車電池名叫“NCM91/21/2”，即在用作正極材料的原材料中鎳的比重為90%，鈷和錳各占5%。
與松下相比，SKI新型電池的鈷含量還高一些，但也遠低于當(dāng)前市場上批量應(yīng)該的523體系三元電池，正在往少鈷化或者無鈷化方向發(fā)展。
客觀來看，松下和特斯拉以及SKI等企業(yè)的最終目標(biāo)都是實現(xiàn)鋰電池?zé)o鈷化，但就目前而言還沒有完全實現(xiàn)。
不過，近日，有一家中國電池企業(yè)卻實現(xiàn)了這個目標(biāo)。
日前，蜂巢能源科技有限公司（簡稱蜂巢能源）在品牌戰(zhàn)略規(guī)劃及產(chǎn)品發(fā)布會上，對外發(fā)布針對不同應(yīng)用場景的“疊時代”系列動力電池產(chǎn)品，同時還面向全球首發(fā)了號稱無鈷材料和四元材料的電芯產(chǎn)品。
蜂巢能源介紹，其無鈷材料性能可以達到NCM811同等水平，材料成本降低5——15%，相應(yīng)帶來的電芯BOM成本可以降低約5%，且會讓材料不受戰(zhàn)略資源影響。
據(jù)了解，無鈷化關(guān)鍵技術(shù)有兩個，一是摻雜無未成對的電子自旋的特定元素，減弱電子超交換的現(xiàn)象，降低Li/Ni混排，提高電性能；二是摻雜M-O鍵能大的元素，減緩晶體在充放電過程的體積變化，穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，提高循環(huán)壽命和安全性。
對此，業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，高鎳低鈷肯定是鋰電池的發(fā)展方向，但短期內(nèi)鈷還是無法替代。一方面，配方比例改變給電池封裝方式帶來挑戰(zhàn)，而目前高鎳鋰電池還是以圓柱封裝方式為主，軟包和方形技術(shù)還不成熟；另一方面，電動汽車要降低成本，還是要以保證安全和質(zhì)量為前提。
下面就來看看本周鋰電行業(yè)都有哪些新技術(shù)和大事件吧。
1、博世開發(fā)云系統(tǒng)以延長動力電池使用壽命
外媒報道稱，博世正在開發(fā)新的云服務(wù)，以補充車輛的電池管理，從而使電動汽車的電池使用壽命更長。
例如，智能算法用于檢測電池應(yīng)力因子并因此優(yōu)化充電過程。云中的智能軟件功能不斷分析電池的狀態(tài)，并采取措施防止電池老化。
博世表示，該方法可以減少電池高達20％的損耗?！安┦缹㈦妱榆囯姵嘏c云連接起來，大大提高了性能和使用壽命”Robert Bosch GmbH董事總經(jīng)理Markus Heyn說。
云服務(wù)還使用來自車輛及其環(huán)境的實時數(shù)據(jù)來優(yōu)化每個電芯的充電過程，并直接在車輛顯示屏上為駕駛員提供有關(guān)節(jié)省電池的駕駛風(fēng)格的定制信息。
2、半液態(tài)金屬陽極提升10倍鋰電池容量
據(jù)外媒報道，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)（Carnegie Mellon University）梅隆理工學(xué)院的研究人員研發(fā)出一種半液態(tài)鋰金屬陽極，可為電池設(shè)計提供一種新范式。利用此種新型電極制成的鋰電池將具有更高的容量，而且與采用鋁箔制成陽極的傳統(tǒng)鋰金屬電池相比，更加安全。
目前，電池中使用的是具揮發(fā)性的液體電解質(zhì)，解決方案之一是使用固體陶瓷電解質(zhì)替代，此類電解質(zhì)導(dǎo)電性高、不可燃以及具有足夠強大的抗枝晶性。但是，研究人員發(fā)現(xiàn)，陶瓷電解質(zhì)和固體鋰陽極之間的接觸不足以存儲和供應(yīng)大多數(shù)電子產(chǎn)品所需的電量。
卡內(nèi)基梅隆大學(xué)化學(xué)系博士生Sipei Li和卡內(nèi)基梅隆大學(xué)材料科學(xué)和工程系博士生Han Wang制造出一種新型材料，半流體金屬陽極，克服了該缺點。
Li和Wang與Matyjaszewski和Jay Whitacre合作，創(chuàng)造出一種雙導(dǎo)電聚合物/碳基復(fù)合材料，鋰微粒在其上面可均勻分布。該碳基復(fù)合材料能夠在室溫下保持流動，從而可與固體電解質(zhì)進行足夠的接觸。與使用固體電解質(zhì)和傳統(tǒng)鋰箔陽極制成的電池相比，通過將半液態(tài)金屬陽極與石榴石固體陶瓷電解質(zhì)結(jié)合，能夠使此類電池的能量密度高出10倍，從而使此類電池比傳統(tǒng)電池的生命循環(huán)周期也更長。
3、剪切增稠電解質(zhì)提升鋰電池抗沖擊性能
美國阿克倫大學(xué)高分子科學(xué)副教授Yu Zhu博士表示：“盡管大家在電池?zé)峁芾矸矫嬉呀?jīng)做出了很大的努力，但是最近電動汽車電池起火和爆炸的事故還是讓公眾很擔(dān)憂。在大多數(shù)情況，電池只有受到外部沖擊或撞擊等不正常的情況下，才會著火?！?
Zhu博士和其高分子科學(xué)和高分子工程學(xué)研究生團隊合作，通過創(chuàng)造一個“剪切增稠”電解質(zhì)（一種能夠在沖擊下變得更加濃稠的物質(zhì)），以提升鋰離子電池的安全性。該電解質(zhì)放置在陽極和陰極之間，使陽極和陰極能夠抗擊沖擊，因而在任何碰撞事故下，都不會引起電池起火或爆炸。而在正常情況下，該新型電解質(zhì)會保持柔軟狀態(tài)。
可以將該電解質(zhì)想象成水與面粉的混合物，當(dāng)用手慢慢攪拌面粉和水時，會感受到一絲阻力。但是，如果加快攪拌速度，會明顯感覺到很大的阻力。
