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真不容易,锂电池终于被重视了

时间:06-25 来源:电子发烧友网 点击:

  在中国制造2025里面,动力电池的能量密度目标是350瓦时 /公斤,对应配套的新能源汽车的数量到2020年时预计要100万辆,到2030年时预计200万辆。其背后的重要原因就是把动力电池与新能源革命联系在一起,这给动力电池产业提供了极大的发展前景。

  那么什么是动力锂电池呢,度娘的解释是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池,当前可分为两类:锂金属电池和锂离子电池。其中锂离子电池不含有金属态的锂,并且是可以充电的,可极大的可满足消费类需求,至此,锂电池逐渐被人们所重视。

  

  我们先来瞅瞅锂电池的发展进程:

  1、1970年代埃克森的M.S.WhitTIngham采用硫化钛作为正极材料,金属锂作为负极材料,制成首个锂电池。

  2、1980年,J. Goodenough 发现钴酸锂可以作为锂离子电池正极材料。

  3、1982年伊利诺伊理工大学的R.R.Agarwal和J.R.Selman发现锂离子具有嵌入石墨的特性,此过程是快速的,并且可逆。与此同时,采用金属锂制成的锂电池,其安全隐患备受关注,因此人们尝试利用锂离子嵌入石墨的特性制作充电电池。首个可用的锂离子石墨电极由贝尔实验室试制成功。

  4、1983年M.Thackeray、J.Goodenough等人发现锰尖晶石是优良的正极材料,具有低价、稳定和优良的导电、导锂性能。其分解温度高,且氧化性远低于钴酸锂,即使出现短路、过充电,也能够避免了燃烧、爆炸的危险。

  5、1989年,A.Manthiram和J.Goodenough发现采用聚合阴离子的正极将产生更高的电压。

  6、1991年索尼公司发布首个商用锂离子电池。随后,锂离子电池革新了消费电子产品的面貌。

  7、1996年Padhi和Goodenough发现具有橄榄石结构的磷酸盐,如磷酸锂铁,比传统的正极材料更具优越性,因此已成为当前主流的正极材料。

  1998年至今,业界把锂离子电池也称为锂电池,但这两种电池是不一样的。锂离子电池已经成为了业界主流。

  既然成为了主流,锂电池的产业链是如何呢?不难发现,锂电池上游是锂电池材料所需的矿产资源,中游为锂电池生产厂商,包括正极材料、负极材料、电解液、隔膜、导电剂和粘合剂的生产等,下游主要是锂电配套应用领域,目前已广泛用于消费类电子产品、电动汽车、工业储能。

  

  为了将锂电池行业全产业链分析清楚,再来了解一下锂电池生产工艺流程:

  

  据行业人士介绍,一辆电动车的三种原料消费量:45千克碳酸锂、11千克钴、50千克石墨。以特斯拉ModelS为例,测算了电动车中三种主要金属元素的含量,同时按电动车年销量增长100万辆为基准,做原材料的消费增量敏感性分析,可得出碳酸锂消费增量4.5万吨,现消费量14万吨/年;钴消费增量1.1万吨, 现消费量8万吨/年;石墨消费增量5万吨,消费量巨大但无准确数字。

  相关数据显示,当前全球锂资源储量约为1300万吨,年开采量为3.5万吨,预计还可开采371年。未来电动汽车中,锂电成本占比最大,接近一半,而锂电成本中,又以正极材料的价值量占比最大。

  

  另外,动力锂电池关键技术在电芯方面,主要是正极材料的研发,需要满足高能量密度、循环性能好、安全可靠;隔膜技术壁垒较高的事多孔材料,决定电池的界面结构、内阻等,目前主要掌握在日韩企业手中;在电池Pack方面,关键技术为电池管理系统技术,要准确检测、保护和控制电池系统,保持车与电池 的通信。

  

  在2015全球电动汽车动力电池生产商排名TOP10 中,松下仍然是无可争议的领军者,锂离子电池市场份额占据了40%。松下之所以占据市场统治地位,主要是因为它与特斯拉签署了合作协议,后者在其车型 Model S 和 Model X 电池组容量需求非常大。除了为特斯拉供应电池外,松下也从大众汽车等其他汽车制造商获得了电池订单。

  

  国内的比亚迪排在第二位,2015年销售了1652兆瓦时,占据 14% 的市场份额。如果比亚迪把在电动大巴上使用的电池销量包括在统计中,无疑可以与松下在市场上一争高下。

  在国家新能源汽车重点研发的专项中,动力电池大概占到了25%,并在六个方面对动力电池研发进行支持,分别是新材料新体系、高比能锂电池、高功率长寿命电池、动力电池系统、高比能二次电池和测试评估,这也无疑加速了锂电池的发展,相信有一天在新能源领域会大力普及。

  总结:受益于新能源汽车的高速增长,而动力电池是电动汽车的心脏,未来锂电池产业链具备高增长属性,也是新能源汽车产业发展的关键。新能源汽车能走多远,最终取决于动力锂电池。

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