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车企自建电池厂 国内动力电池企业如何应对
近年来,我国新能源产业在政策扶持和推动下发展迅猛。2019年1-6月,新能源汽车产销分别完成61.4万辆和61.7万辆,比上年同期分别增长48.5%和49.6%。在新能源汽车产业的带动下,动力电池行业也水涨船高。但产业在发展的同时,还带来了供需不平衡的问题,动力电池行业就明显存在低端产能过剩,高端产能不足的情况。受此影响,车企们在和电池企业的博弈中也处处受制,处于弱势地位,但它们绝不会坐以待毙。多家车企自建电池厂为确保自家产品在动力电池方面能有长期、稳定的供应,不少车企都走上了自建动力电池工厂的道路。2018年8月,德国大众集团首席执行官赫伯特.迪斯就已表示,大众集团拟在欧洲自建电池工厂生产固态电池,并有望在2024年至2025年间开始批量生产,旨在减少在电池等核心业务板块对外部电池制造商的依赖。2019年2月,有媒体爆料大众试图与SK创新合资共建动力电池工厂,但最终由于LG化学的干预,此事不了了之。2019年5月,大众宣布自建电池工厂,并选址在德国中部的萨尔茨吉特,另外大众集团高管宣布考虑在德国本土建设更多的电池工厂。2019年6月,大众表示将投资9亿欧元与瑞典初创电池企业Northvolt联合开展电池研究,该笔资金一部分设立合资企业,一部分用于对Northvolt的股权投资。除了大众外,另一家汽车巨头戴勒姆也早早就开始在动力电池领域的布局。早在2017年,奔驰就计划与北京汽车展开合作,投资7.4亿美元在北京建造动力电池厂。根据规划,戴姆勒将投入超过10亿欧元,在奔驰乘用车全球生产体系中构建动力电池生产网络,包括在中国、德国和美国等全球多地建厂。其中,位于德国卡门茨的首个动力电池工厂现在已开始量产,并为旗下纯电动、插电式混动等车型生产了超过20万个电芯。国内车企方面,比亚迪因为有先见之明,早早就进入了电池领域进行布局,时至今日已成为国内新能源汽车和动力电池两个行业的巨头,自家产品也没有供应不足的担忧。除此之外,吉利汽车和长城汽车、南京金龙近年也开始在动力电池领域有所动作。2016年起,吉利先后在浙江金华、浙江宁波杭州湾新区、湖北荆州市洪湖新滩经合区三地部署电池工厂。2018年9月,吉利通过旗下子公司在武汉设立湖北吉利衡远新能源科技公司。新公司注资5000万元人民币,主要生产动力电池,吉利集团CEO徐志豪兼任新公司董事长。吉利方面表示,湖北的新公司未来将成为吉利新能源动力电池的重要生产基地。新工厂选址在新滩经合区二期用地,项目总投资80亿元,建设电池及模组生产线和研发中心、综合办公楼、物流配选中心等。项目分两期实施建设,计划2018年完成选址和前期工作,2020年建成投产。长城汽车方面,其于2018年2月12日出资成立蜂巢能源科技有限公司,并于2018年10月26日将蜂巢能源独立出去。长城汽车方面表示,将蜂巢能源独立出来的主要目的在于节约资本支出、集中资源发展核心主业、提升盈利能力,同时为实现蜂巢能源的市场化运营,提高其产品竞争力。据了解,蜂巢能源的工厂建设占地共3000多亩,工程分为两期,一期建设达1600亩,二期建设为1000多亩。2018年7月,一期建设已经完成了平整土地阶段,正在铺设电缆线。二期建设正处于平整土地阶段。据悉,该工厂预计于2019年下半年完工。南京金龙由开沃集团投资,2015年,开沃集团为推动南京金龙新能源产业链向三大核心技术延伸,创办了南京创源天地动力科技有限公司。创源天地目前已通过ISO/TS16949:2009认证,获得该体系所规定的动力电池系统设计和生产的资质。电车资源了解到,2018年3月,南京创源天地在广州的动力三电研发及生产基地正式开工,投产后预计产能在10GWh。其中,一期、二期各用地200亩,分别是年产2GWh动力电池系统项目和年产8GWh动力电池系统等项目,三期拟建电池梯次利用和其他部件项目基地。动力电池企业如何应对2019年6月,工信部发布公告,电池“白名单”正式废止。同月,《鼓励外商投资产业目录(2019年版)》发布,明确表示鼓励新能源汽车关键零部件外商来华投资,电池电机电控方面均有涉及。在双重政策的推动下,动力电池外企将全面进攻,在中国市场布局。随着补贴退坡,产业链上下游企业之间的价格拉锯战将更加激烈,动力电池企业之间新一轮厮杀也在所难免,再加上国际动力电池巨头垂涎中国市场已非一朝一夕,我国动力电池行业面临巨大的竞争压力。面对电池外企入局、车企自建电池厂的双重压力,本土动力电池企业的日子并不好过。但作为国内动力电池行业的佼佼者,宁德时代早早就做了打算。电车资源最新消息,7月17日丰田和宁德时代共同发布消息,表示双方在新能源汽车动力电池的稳定供给和发展进化领域建立全面合作伙伴关系。近年，宁德时代就已经与一汽、北汽、上汽、广汽、东风纷纷成立合资公司,加上此前长安汽车入股宁德时代,以及刚宣布合作的丰田,光与宁德时代达成深度合作的车企有多家。此前,宁德时代还和吉利、江铃、福田汽车、华晨宝马、本田、捷豹路虎、大众戴勒姆等多家国内外知名车企达成战略合作。所有这些公开信息都在显示,宁德时代正在通过与各大车企进行或深或浅的绑定,来构建一座坚固的城池,抵御即将到来的腹背受敌局面。动力电池企业和整车企业联盟、合作的方式值得借鉴,携手共同应对新能源汽车市场的风险,总比独自硬扛要安全。目前来看,宁德时代等龙头企业在技术上已经拥有过硬的实力,成本也可以控制在相对可观的层面,再加上和其他车企进行绑定,市场也得到巩固。但宁德时代尚且要做如此多的准备以自保,其他二三梯队的企业又该何去何从?电车资源认为,位于动力电池二三梯队及之后的企业,当务之急仍是尽快提升技术水平,降低成本,这两样都是动力电池企业参与市场竞争的重要筹码。除了提升技术水平外,从商业模式的角度寻找突破口,从整体上降低动力电池成本,或许也是一条出路。电动汽车充电时间长、电池衰减和回收利用等一系列问题,一直被消费者所诟病。如果动力电池企业选择走换电模式、车电分离,或是尝试电池租赁、以租代购等商业模式,不仅能淡化电池成本,还能使新能源汽车的优点更容易被消费者看到。眼下第一波动力电池报废潮即将到来,电池企业如果拥有电池回收、梯次利用的能力,就能从产品生命周期的角度来降低成本。退役的动力电池中含有的大量可回收的锂、钴、镍、铝等高价值金属,将其回收,能够产生更大的经济效益。电车资源小结:补贴退坡,市场开放,将新能源汽车市场从政策导向转为市场导向,能够让新能源汽车产业健康可持续发展,是整个行业必须迈过的坎。在这样的大环境下,车企选择自建电池厂来应对,动力电池企业选择捆绑车企应对,都是为了生存下去做出的选择,到底哪一方能最终获得胜利,我们无法给出定论,但可以预知的是,行业洗牌将进一步加速。逆水行舟,不进则退。无论是主机厂还是零部件厂,都必须行动起来,寻找适合企业自身的道路前行,否则,就只会成为其他企业前进路上的垫脚石。
来源：电动汽车资源网
多氟多H1锂电池销量约0.42GWh
7月18日，多氟多（002407）在投资者关系调研活动中，对公司萤石、氢氟酸、六氟磷酸锂、锂电池的生产经营情况作出了详细介绍。据高工产业研究院（GGII）《动力电池字段数据库》统计显示，2019上半年我国动力电池装机总电量约30.01GWh，同比增长93%。其中，多氟多以394042KWh的软包电池装机量位居国内第9名，主要为奇瑞汽车装机10,756台车。据了解，多氟多上半年锂电池增量明显，累计销售约 4.2 亿瓦时，与奇瑞合作，效应不断扩展。具体如下：❶萤石市场情况受环保、安全及行业管理等因素的影响，萤石价格高位运行，预计下半年难以下降。公司在做好原料储备的基础上，会考虑上游资源的整合。❷氢氟酸的经营情况公司具备 22 万吨氢氟酸产能，包括半导体级、光伏级和普通级，其中半导体用氢氟酸达到 UPSSS 级。公司生产的高纯电子级氢氟酸可以替代日本进口，但是半导体用氢氟酸的市场开发需要一个较长的实验和试用周期。去年已有产品出口韩国，近日受日韩贸易禁运的影响，有多家韩企来公司洽谈合作，预计今后外销会有良好增长。❸六氟磷酸锂的生产经营情况六氟磷酸锂是本公司的主导产品之一，受新能源汽车政策及下游客户需求的影响，上半年内外贸业务实现销量 2650 吨。外贸客户供货稳定，重点客户开发取得新的进展。目前具备 6000 吨产能，2019 年底将扩产到 10000 吨产能。上半年产品价格在低位运行，但看好未来六氟磷酸锂的市场需求和价值趋势。❹锂电池的生产经营情况公司生产的聚合物软包动力锂电池具有能量密度大、充放电效果好、安全性高的特点，产品质量居国内前列。上半年锂电池增量明显，累计销售约 4.2 亿瓦时，与奇瑞合作，效应不断扩展。锂电池装机总容量晋升前十名，三元软包锂电池全国排名上升到第二位。
来源：高工锂电
钴材料价格一度疯长，动力电池企业试图找到无钴路径
2019年新能源汽车补贴政策大幅退坡，让车企和动力电池企业皆受到冲击，主机厂纷纷进一步压缩动力电池成本，这对动力电池供应商提出更高的要求。近年来，作为电动车锂离子电池的关键原料，钴材料由于资源稀缺性，加上不少寡头矿产公司正在大量囤积钴，价格不断上涨。根据生意社数据监测显示，2016年年底至2018年4月间,钴价曾从20万元/吨一路飙升至逾66万元/吨最高点。随后，由于电池厂商降低钴的用量、无钴电池技术路线的提出以及钴产量的上涨，钴价有所回调。但从长期来看，根据国际能源署(IEA)预估，到2020年全球电动汽车数量将由2017年的370万辆增长至1300万辆，市场对于钴、锂、铜等金属的需求可能会增长十倍，刚果(金)新矿业法也可能导致钴生产成本和售价的增加。从能源战略方面来考虑，钴资源的稀缺性迫使企业降低钴的用量。随着新能源汽车的普及，汽车厂商和电池厂对电池去钴化的呼声也越来越强。目前，一些企业在不断降低钴在三元锂电池材料配方中的比例，甚至已开始研发无钴电池。为了减轻对钴材料的依赖，三星SDI已对锂离电子电池配方进行了微调，目前正在改良技术试图将钴完全剔除，去年松下也已宣布将研发无钴电池，其预计，该技术将在未来2～3年内在量产车中应用。大众汽车集团正在系统地减少电池的钴含量，计划在将来三到五年内将其减少至5%，并致力于最终实现电池无钴化。最近，国内蜂巢能源科技有限公司（下称“蜂巢能源”）也面向全球首发了无钴材料和四元材料的电芯产品。蜂巢能源方面称，无钴电池已具备量产条件，计划将在2020年第三季度实现量产，其性能可以达到NCM811同等水平，电芯BOM成本可以降低约5%。不过，从目前整个行业的情况来看，无钴电池仍处于研发阶段，为了降低钴含量，国内电池企业大多选择的是高镍811的技术路线。包括比克电池、国轩高科、宁德时代、比亚迪等企业，均在高镍811电池领域展开积极的布局。通过提升镍的比重，不仅能提升电池能量密度，也降低了钴的含量，从而降低了电池成本，但这种路线仍然难以摆脱对钴的依赖。而无钴电池的实现可以通过创新研发使钴在三元锂电池材料配方中的比例降至为零。此外，通过研发富锂锰基材料也可以实现，富锂锰基材料具备工作电压高和克容量高特点，且成本比三元材料低。目前，富锂锰基材料的用钴量在持续降低，最终可以实现低钴或无钴。遨优动力总经理陈光森认为，随着未来高电压电解液技术的成熟，富锂锰基动力电池将成为未来高比能锂动力电池的主流产品。“富锂锰基这种材料成本极低，但是循环寿命是一大问题，而且富锂锰基的正极容量较高，没有很好的负极材料可以匹配，所以这种材料是全固态电池的理想材料，因为固态电池可以用金属负级，配合在一起可以发挥最佳的性能。但是如果把富锂锰基和普通的石墨配到一起，电池容量密度仍然上不去，因为会受负极制约，仍然有很多的技术问题要解决。”蜂巢能源总经理杨红新对记者表示。不过，通过三元锂电池材料衍生出来的无钴电池，其结构稳定性会在一定程度上受到影响。作为锂电池的重要原料之一，钴能够明显提升锂电池的能量密集度。为了替代钴，电池厂商往往会增加镍的使用量来提升电池的能量密度。但镍的使用量增加之后，会导致相应的电极材料的结构稳定性降低，进而影响到电池循环寿命和安全性。此外，有行业观点认为，当钴含量减少后，镍含量就会相对上升。电池不能有效地冷却，更易过热，从而导致自燃。虽然这种风险相对较低，但一旦发生就会引起重大安全问题。此外，低钴配方需要在特殊的干燥环境中生产，这也需要额外成本。在杨红新看来，取消掉钴元素所产生的不是安全问题，而是结构稳定性和循环寿命问题。“因为钴是化学键上稳定结构的，取消钴后结构会发生变化。但是可以通过搀杂其它元素来实现化学键的稳定，比如说钛等其他元素。通过实际的测试来看，无钴电池的BSC、热失控的数值是好于811的，循环寿命也与811处于同一水平。”杨红新还谈到，引起电动车自燃的原因较为复杂：一是制造缺陷，电池内部夹有异物，频繁使用后刺穿隔膜会造成的短路、着火；二是负级离子不断嵌入、慢慢涨出，突然刺穿也会着火。第一类问题可以通过高度自动化的工厂、控制以及全面在线监测等手段来降低不良率。但第二类问题通过技术手段很难预测，目前仍很难解决。如果这个问题解决了，可以解决很多不明原因的自燃。“从当前来看，高镍低钴仍然是主要发展方向，短期内无钴电池仍难成为主流。无钴电池的研发要以保证安全和质量为前提，配方比例的改变会带来一定的挑战。”电池领域专家曹国庆对记者表示。
来源：第一财经
动力电池安全问题如何解决？能量密度与安全性需要平衡优化
王子冬认为，在没有掌握锂电池起火规律之前，把控能量密度与安全性和长寿命的平衡关系是不能忽视的问题。今年，电动汽车的安全问题有点儿多。根据国家市场监督管理总局的数据，2018年国内至少发生40起涉及新能源汽车的火灾事故，今年4月起，又接二连三发生电动汽车起火冒烟事故，动力电池安全性是一个敏感的话题，又是一个不能回避的话题。近日，中国动力电池创新联盟副秘书长、中国电动汽车充电基础设施充电联盟副秘书长王子冬在首届中国国际电动汽车安全技术创新大会上对电动汽车安全性问题进行了多维度剖析。他认为，动力电池在材料上没有明显技术突破前，比能量发展到一定水平后，就很难再有进一步的突破。与此同时，在安全性方面的负面影响却越来越大。在没有掌握锂电池起火规律之前，把控能量密度与安全性和长寿命的平衡关系是不能忽视的问题。中国动力电池创新联盟副秘书长、中国电动汽车充电基础设施充电联盟副秘书长王子冬动力电池技术路线之争这个问题由来已久，这也正是能量密度与安全性的博弈。王子冬表示，“我们必须承认，电池组是一种含高能物质的部件，具有危险性的本质，而且，随着电池比能量和比功率的提高，发生事故的危险性将增大。”在锂电池众多的技术路线中，磷酸铁锂与三元的对决最为胶着。磷酸铁锂安全性高、寿命长，但是能量密度不如三元高，但可以通过提高电池容量加以弥补，低温性能差，主要是在小容量电池上低温性能低，材料一致性也差。三元电池能量密度高，一致性好，低温性能好，但是安全性略差，循环寿命远不如磷酸铁锂电池。“当前，在中国磷酸铁锂电池具有最成熟的产业链，我们对相关领域掌握的核心技术也比较多，而三元电池则以日韩为代表，相对更成熟一些。”王子冬认为，这种技术路线的对决，更有一种中国vs日韩的意味。如果单从动力电池本身的性能来评价，他列举了10个维度：1.电池组的安全性、2.电池组的能量密度（而非单体）、3.电池组的循环寿命、4.电池组的成本、5.充电倍率、6.电池单体一致性、7.低温性能、8.成组利用率、9.回收再利用的方便性、10.正负极材料可回收修复再利用。作为一种能够引领潮流的技术路线，在以上任何一个方面都不能有太过鲜明的缺点，需要做到各方面的均衡才是一种具有可行性的路线，而不是某一个单一性能指标高，比如说能量密度。因此从以上10个方面分析对比，在这场对决中，三元和磷酸铁锂惨烈厮杀，痛苦角逐，互有胜负，也有平手，在这10场对决后，王子冬个人裁判，给出一个简单的最终结论：在乎安全性、能量密度要求不是很高的场合，首选磷酸铁锂电池。动力电池的天花板在哪里？在王子冬看来，对提高动力电池能量密度需要有清醒的认识：能够产业化的电动车用动力电池的性能提高，不仅仅是正负极材料性能上需要有幅度改进，同时在许多方面都需要有比较大的突破，才有可能实现动力电池真正意义上的提高。那么从产业化动力电池的定义来说，国家提出的目标是：到2020年实现电动车充电一次可以跑400km，单体电池比能量达到：300Wh/kg（350）、600Wh/L（700）、0.6元/Wh，电池系统达到：220Wh/kg（260）、300Wh/L（380）、1.0元/Wh，循环寿命1500次（80%DOD）。王子冬表示，从指标数据上看，要想实现这些指标难度还是比较大的。目前国内动力电池企业产品概况是：磷酸铁锂方面，规模化生产的能量型磷酸铁锂动力电池能量密度大致在140-180Wh/kg之间。三原材料方面，规模化生产的用于纯电驱动的三元正极锂离子动力电池能量密度大致在180-260Wh/kg之间。从技术角度推论，如果电池组比能量要达到260Wh/kg，按照10KWh/kg/100km的能耗计算，形势400km的电动车40KWh电池组电芯重量不能超过99.5kg，电池组的总重量不能超过153kg，软包装电芯的比能量需要超过402Wh/kg，难度可想而知。由此可以推出，比能量达到350Wh/kg的电池（如果能做出来的话），需要做成大容量（80Ah以上）的铝合金硬壳动力电池，这样可以节省模块化后占掉的重量，40KWh电芯总重量要控制在114.3kg以内，只能占电池组重量比74.7%，其余的铝合金箱体（25kg）、热管理系统（2kg）、连接件和固定件（11.7kg）等的总重量不能超过38.7kg，站电池组的重量比25.3%，电池组总重量才能不超过153kg，电池组的比能量才可以达到262Wh/kg。“为什么大家一提到高能量密度就想到软包装电池？从车辆工程的角度是看动力电池系统的能量密度，而非单体电池的能量密度。从单体电池到模块，再到系统集成，中间环节比较多，电池之间的连接件、模块之间的连接电缆、箱体、固定架、支撑架、导热结构等等，这些都会增加许多重量”，王子冬提出，需要在系统能量密度、可靠性及安全性方面做优化。动力电池的安全性我国动力电池行业经过十年积累，已经有了非常大的提升，特别是对动力电池的理解和认识方面，应对当下的电动汽车使用，应该说是能够胜任的。现在的动力电池在材料上，如果没有明显技术突破前，比能量发展到一定水平之后，就很难再有进一步的突破，与此同时，在安全性方面的负面影响却越来越大。“许多人曾经问我，燃油车还经常起火呢，且比电动汽车多，为什么对电动汽车要求这么高呢？”王子冬表示，这里有一个概念需要说清：燃油车的着火是能够找到规律的，与许多已知因素有关，关键一点是燃油车的易燃物是燃油，是被密封在一个与外界隔绝的环境里，与氧气（助燃剂）和火源分开，这种隔绝条件一旦被打破（如管路老化漏油遇到发动机高温），就会出现事故。而动力电池系统的易燃物是电解液，它与助燃剂氧气（正极材料遇到高温时会分解生产氧气）和火源（内短路、过充都会产生高温）被密封在同一个容器环境里，因此它的安全不确定性也就显得尤为突出。王子冬就此打比方说，感冒与2003年SARS病毒谁对人类造成的伤害大？当然是感冒，但是人类恐惧SARS，因为对于SARS病毒，我们当时没有可以治疗的药物。因此，在没有掌握锂电池着火的规律前，把控能量密度与安全性和长寿命的平衡关系是不能忽视的问题。1、如何认识动力电池？动力电池出生前就需要事先考虑好：电池模块和电池组（系统）的可组装性设计、可安装性设计、可维护性设计、可调整性设计、回收可方便拆解性设计等。这些性能的设计非常重要，不能把电池都造出来灾区解决这些性能问题，锂电池生来就是“爆”脾气，为什么锂电池会变身“定时炸弹”？锂离子电池主要由六部分组成，分别是正极、铝箔、负极、铜箔、隔膜、电解液。电池内部的电解液含有大量有机物，比如碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、磷酸二甲酯。这些家伙一个个都自带燃爆属性，脸上写着“远离火源”四个字。此外，电池的正负极一旦短路，就会大量发热，甚至产生火花，所以，人们自然就会想到要用个东西把正负极隔起来，于是就引入了隔膜。电池隔膜被减薄后，这层薄膜一旦破损，问题就会很严重。锂电池本身也暗藏着刺穿隔膜的隐患，这类现象叫“枝晶”，这个问题是一种写在锂电池基因里的病，锂电池在使用过程中，电极表面会形成一些小毛刺，这些小毛刺就叫“枝晶”，而且枝晶会越长越大，最终就会穿透隔膜，造成短路。越薄的隔膜、可燃的电解液、暗流涌动的会自己生长的枝晶、高温时材料分解会自动分离出氧气，整个锂电池就像是把火药桶、助燃剂、打火机关在一个小屋子里，然后用一层保鲜膜隔开，让谁去想都会胆战心惊，现在，最关键的是要控制住“打火机”。2、如何保证动力电池系统的安全性？电池系统的安全必须由电芯来解决，电芯要保证安全，就必须采用更稳定的材料，更安全的设计。王子冬表示，现在是刻意放低电芯的安全要求，降本、提高能量密度，在做热失控传播实验时就很难通过，评估整车的安全性还是应该在源头上的基本安全要求要把握好，在电芯层面的安全性上，选用更厚的隔膜，在电芯提高能量密度的设计上不应该通过减薄隔膜厚度实现。电池组充电时的安全管理是关键！由于动力锂电池成组使用最关键也是最核心的问题：一是安全、二是寿命，特别是在快速充电时，电池组内电池的差异加大，如何解决电池组的使用寿命，面临巨大挑战。影响电池安全使用和循环寿命的因素，除了电池自身工艺性和产品质量外，至关重要的一个问题是：电池成组充电时的安全性管控和热管理技术。没有完善的电池成组安全性管控和热管理技术，电池的安全性和长寿命循环就无法保证，因此，动力电池充电的管理系统与电池自身的安全同等重要。3、快速充电技术对动力电池要求很高关于充电速度问题，大家都希望能够实现快速充电，当前的高能量型动力电池充电速度可在约40-60分钟内补充80%的能量，对于城市内通勤交通工具，并不构成电动汽车真正的使用障碍，但是对于希望用电动车解决城市之间的交通问题恐怕就有些问题了。从快充到超快充（200-400kW），实现10分钟内补充90%的能量，将有效缩短电动汽车与内燃机汽车之间的差距。王子冬表示，目前的设计方案是，减少电极的厚度、改变电池结构、以及更适合快充的材料选择，这些都将增加动力电池的生产成本，同时降低其能量密度，还会降低动力电池系统的寿命，需要从整体考虑进行优化。另一方面，如何减小电池组在快充过程中单体电池之间的差异，就需要合理的热管理系统设计，以提高动力电池的使用寿命。4、动力电池的安全性问题如何解决？王子冬认为，新能源汽车安全事故主要由动力电池热失控所引起，热失控不仅仅是结果，原因也错综复杂，事故源头难以明确，安全性问题应得到高度重视。业界不断反思安全问题，盲目追求高能量密度成为焦点，专业人士指出，理论上电池能量密度与安全性成反比，企业追求高能量密度，安全问题随之暴露，虽然未能明确已发生的起火事件与追求能量密度存在多大相关性，但随着高镍三元电池进入市场，新能源汽车面临更高的安全技术要求。如何在高能量密度和提高安全性间取得平衡，成为当前业内亟待解决的一大难题，各个企业则从单体电芯、模组设计和电池包的结构设计多个层级提高整体安全性。提高动力电池的安全性主要是从三个层级来做，包括单体电芯、模组设计和电池包的结构设计来提高整体安全性，单体电芯方面，可以通过在电解液中加入添加剂降低其易燃性，提高隔膜耐温性，或者提高正极材料稳定性等方式来改进，模组设计方面，通过加强温控设计，BMS充电管理或者改变单体连接方式提高安全性，车辆层面，可以通过电池的位置摆放以更好地散热，改进充电方法，减少由于充电不当造成安全隐患。既然电池组是一种含高能物质的部件，具有危险性的本质，而且，随着电池比能量和比功率的提高，发生事故的危险性将增大。故此，就需要研究能量密度与安全性这对矛盾的平衡，包括材料性能的平衡，电池模块结构的平衡，电池组系统级别的平衡，成本可接受性的平衡，考虑多级利用过程中的平衡，动力电池材料回收过程中的平衡。解决途径的研究包括：材料性能的匹配优化，电池模块结构设计的优化，电池组系统与车身一体化设计，生产制造成本的控制，推广多级利用摊薄应用成本，鼓励动力电池材料修复再利用。
来源：盖世汽车
“退役”动力电池在锡获新生
新能源汽车上的动力电池到了“退役”的年龄怎么处理？这既是一个环保问题，也是一个“掘金”的问题。昨天在格林美（无锡）能源材料有限公司看到一个“拆解再利用”的场面：从新能源汽车上卸下的动力电池包，被整齐地分解成电子零部件、钢铁塑料零部件、电池等几大类——一种规范垃圾分类的“即视感”，却是动力电池“再利用”的开始。退役动力电池，是一座新的“城市矿山”。“格林美在无锡设立了退役动力电池智能无损拆解线，”该企业退役动力电池事业部总工程师说，格林美这家全国首批新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用规范公告企业，打造的是“动力电池回收-梯次利用-报废-材料再造-动力电池再造-电池包再造-汽车再装配”的全生命周期价值链体系，而在无锡则重点是“电池包回收+智能拆解+梯次利用”。所谓“梯次利用”，就是变旧为宝。“动力电池从新能源车退役后，并不意味着没用了，而是可以用在新的地方。”相关负责人士拿出一个盒子，平淡无奇，“里面就是已经退役的新能源汽车动力电池，改装后用在路灯上，可以再用六七年没问题。”就在格林美（无锡）能源材料公司，所有的路灯电池都由汽车动力电池改装而来。而另一边，汽车上退役下来的动力电池，正准备为电动三轮车提供动力，“原来采用铅酸电池大约要80斤，换成锂电池后只要30斤不到，重量减轻近三分之二，续航公里数增加一倍。”现在集团正在探索，将退役动力电池再利用于外卖和物流等物流链之中。为什么这家企业把全周期价值链体系中的“梯次利用”重点放在无锡？“无锡基地面向长三角地区，”相关负责人士介绍，该企业建立了全国回收网络体系，建设了荆门、武汉、无锡三个拆解基地。无锡拥有有利的地理位置，成为回收再利用体系中的重要坐标。位于无锡的智能拆解车间里，看到各个车企输送而来的退役动力电池各有不同，“即便是同一家车企，不同型号的车辆配备的电池型号也不同，造成了一定的拆解难度。无锡的智能拆解系统，就是以智能化手段应对不同型号的电池包。”还有一种更放眼未来的“梯次利用”。“从新能源汽车上退役的电池，变成了充电桩的储能电池，给别的新能源车继续充电，”在格林美（无锡）能源材料公司侧面，有三个充电桩可供新能源车补充能量，提供储能服务的就是一组动力电池。“从车上转到地上提供储能服务，可能是未来的方向，”已跟电池打了多年交道的相关负责人士介绍，业内正在探索将退役动力电池作为家庭储能的载体，加上太阳能设备，或许成为电池梯次利用的新空间。即便是“二次利用”结束了，仍然可以继续变废为宝。“绝大部分材料是可以再利用的，经过再制造又可以变成新的电池。”格林美专业人士介绍，等电池在新的领域也完成使命后，被输送到该公司其他的专业产业园进行全面的拆解，其中镍、钴、锰等元素将被投入到新电池的制造之中。由此可知，一块新能源动力电池进入的循环图即为：在汽车上退休后，被初步拆解并被利用于充电桩、路灯等各类新场景“发挥余热”，待到“吃干榨尽”之后进入报废阶段，便被全面拆解，绝大部分材料依然是有用材料，进入新电池的制造程序，之后便会变成“新电池”，装配上新的汽车。业内人士解读，“5-8年”被认为是新能源动力电池的普遍寿命，按照2014年我国新能源汽车开始快速增长这一节点计算，动力电池退役、报废已经到来。据了解，格林美这套全生命周期价值链，已成功与捷豹路虎、沃尔沃、北汽、长安等150余家重量级合作客户签约。无疑，这家在无锡重点布局的循环产业企业，已经走在退役动力电池掘金大潮前端。（胡桃）
来源：无锡日报
全球首款NCMA四元电池？
随着动力电池能量密度的逐渐提高，三元材料已经成为动力电池的主流材料，并且在日渐提升的比能量的推动下，三元材料也在向着容量更高的高镍材料发展，高镍材料目前我们主要有两个选择：NCM和NCA，这两种材料我们在前面的文章《NCA和NCM谁更适合300Wh/kg高比能锂离子电池？》中进行了介绍，NCA材料在循环性能上优于NCM材料，但是在循环中颗粒更容易发生粉化和破碎，NCM材料在循环中则面临着过渡金属元素溶解和溶解的过渡金属迁移到负极表面，造成负极SEI膜持续生长等问题。NCA和NCM凭借着高容量的特性成为了下一代高比能锂离子电池正极材料的有力角逐者，如果能够将两者优势结合在一起，并克服两种材料存在的劣势，那岂不是一种完美的材料？实际上这种材料是存在的，2016年韩国汉阳大学的Un-Hyuck Kim（第一作者）和Chong S. Yoon（通讯作者）、Yang-Kook Sun（通讯作者）就提出了在NCM材料中掺入部分Al元素，抑制阳离子混排和岩盐结构等杂相的生成，减少了晶界破碎，从而显著的提升了材料的循环寿命，在100%DOD循环3000次后仍然能够保持84%的初始容量。我们知道对于NCM材料而言，Ni的含量越高则材料的容量越高，而材料的稳定性也会越差，材料的循环性能也会相应下降。为了在保证材料的高容量的同时，又能够保持良好的循环稳定性，因此作者合成了具有梯度浓度分布的Li[Ni0.61Co0.12Mn0.27]O2材料（FCG61），并向其中加入了0.75mol%的Al元素（Li[Ni0.600Co0.121Mn0.272Al0.007]O2， Al-FCG61），以进一步提升材料的循环性能。下图a为梯度浓度材料中过渡金属元素Ni、Co和Mn元素在颗粒直径方向的浓度分布，能够看到颗粒中心位置的Ni元素的含量为75%，在颗粒的表面Ni元素的浓度降低到了57%。而Mn元素的浓度则从中心位置的14%逐渐提高到颗粒表面的30%，而Co元素的浓度则几乎没有发生显著的改变。从下图b的EDS图片中我们也能够看到，Ni元素的分布明显呈现中心浓度大，表面浓度低的状态，Mn元素则正好相反，中心浓度低，表面浓度高，而Co元素则在颗粒内部分布比较均匀。下图a为FCG61（梯度浓度NCM）材料和Al-FCG61（Al掺杂梯度浓度NCM）材料的扣电容量测试结果，可以看到两种材料的容量发挥都在188mAh/g左右，并且两种材料在扣式电池中的循环数据也非常接近（100次循环96.3%），倍率性能上FCG61材料要比Al-FCG61材料略好一些，特别是较高的倍率（5C和10C）下FCG61材料的容量发挥要明显好于Al掺杂的Al-FCG61材料，表明Al掺杂会对材料的倍率性能产生一定的影响。为了验证上述的两种材料的长期循环性能，Un-Hyuck Kim将两种材料与石墨负极（MCMB）材料制成软包电池，在1C倍率下进行循环（3.0-4.2V）。从下图a能够看到在500次之前两种材料都没有发生显著的可逆容量衰降，表明梯度浓度材料在循环性能上具有非常优异的性能。但是在循环超过500次后，两种材料的差距就逐渐拉开了差距，Al掺杂的Al-FCG61材料循环3000次后容量保持率为84.5%，而没有掺杂的FCG61材料的容量保持率仅为65.1%，表明Al掺杂对于提升NCM材料在长期循环中的稳定性具有重要的作用。将循环后的软包电池解剖，取出正极制成扣式电池测试两种正极材料经过3000次循环后的可逆容量，测试发现FCG61的剩余可逆容量仅为122mAh/g，而Al掺杂的Al-FCG61材料的剩余可逆容量为169mAh/g，相当于初始可逆容量的90%左右。当将上述的扣式电池进行0.5C较大倍率充放电时可以看到，Al-FCG61材料的容量几乎没有降低，而FCG61材料的容量则出现了明显的下降，表明FCG61除了可逆容量降低外，还出现了显著的极化增加现象。从扫描电镜图片来看，FCG61材料（下图d、e）在经过3000次循环后几乎所有的颗粒都发生了破碎、粉化，仔细观察断裂的界面可以看到这些裂纹几乎都是从晶界处产生。而Al掺杂后的Al-FCG61材料的大多数颗粒都保持了完整的结构，基本上没有发生明显的颗粒破碎现象。为了分析Al元素掺杂抑制颗粒破碎的机理，Un-HyuckKim用探针挤压测试的方法对上述的两种颗粒的强度进行了测试。测试表明FCG61材料在113MPa左右时会产生裂纹，而Al掺杂后的Al-FCG61材料则一直到121MPa才出现了裂纹，表明Al掺杂能够有效的提升材料的晶界的强度。下图为Al-FCG61材料在经过3000次循环后的颗粒结构，从图中能够看到经过长期循环后在颗粒内部沿着晶界产生了一些裂纹，从颗粒的表面一直延伸到颗粒的中心位置，对裂纹两侧的晶粒进行分析发现存在两种晶体结构，分别是下图b中1和4位置的层状结构，2和3位置的岩盐结构，同时存在两种不同晶体结构导致了颗粒内部应变不均，进一步促进了裂纹的生长。Al元素掺杂不仅仅能够强化NCM材料的晶界，减少循环中的颗粒的粉化和破碎，还能有效的稳定NCM材料的晶体结构，根据XRD数据计算FCG61材料在循环3000次后阳离子混排的比例为6.5%，而Al元素掺杂后的Al-FCG61材料的阳离子混排比例仅为2.5%。大量的阳离子混排不仅会造成可逆容量的降低，还会造成岩盐结构的生成，因此FCG61材料在循环中随着阳离子混排的增加，岩盐结构比例也会相应增加，这进一步加剧了颗粒内部裂纹的产生和发展，最终导致FCG61材料的长期循环中颗粒发生了严重的粉化和破碎。在提升NCM材料循环稳定性的同时，Al掺杂还改善了NCM材料的热稳定性。从下图我们能够看到FCG61材料的热分解温度为278℃左右，热分解释放热量为1070J/g，而经过Al掺杂后热分解温度提高到了290℃，热分解放热量也降低到了889J/g，对于提升锂离子电池的安全性具有重要的意义。Un-Hyuck Kim通过梯度浓度和Al元素掺杂方法，显著改善了NCM材料的长期循环稳定性，特别是Al元素的掺杂显著提升了二次颗粒晶界的强度，减少了长期循环中二次颗粒的粉化和破碎，并减少了循环中阳离子混排，抑制了岩盐结构相的生成，提升了NCM材料的长期循环稳定性。同时Al掺杂还显著提升了NCM材料的热稳定性，对于提升锂离子电池的安全性具有重要的意义。总的来看NCMA材料在循环性能和热稳定性都比NCM材料具有明显的优势，是新一代的高容量正极材料的有力角逐者。本文主要参考以下文献，文章仅用于对相关科学作品的介绍和评论，以及课堂教学和科学研究，不得作为商业用途。如有任何版权问题，请随时与我们联系。CompositionallyGraded Cathode Material with Long-Term Cycling Stability for Electric VehiclesApplication, Adv. Energy Mater. 2016,1601417, Un-Hyuck Kim, Eung-Ju Lee,Chong S. Yoon,* Seung-Taek Myung, and Yang-Kook Sun*
来源：新能源Leader
