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        三元材料高鎳化成共識,但是痛點很明顯!


        來源:中國汽車報

        [導(dǎo)讀]  三元材料的優(yōu)勢很明顯,痛點也很突出,一是技術(shù)難度較大;二是材料價格上漲制約成本下降。

        中國粉體網(wǎng)訊  日前,工信部發(fā)布了2018年第6批《新能源汽車推廣應(yīng)用推薦車型目錄》(簡稱《推薦目錄》)。按照新能源汽車補貼新政要求,自6月12日起,從今年第5批開始,進入《推薦目錄》的新車型才能享受補貼。第5批、第6批《推薦目錄》對汽車的電池能量密度、續(xù)駛里程等方面提出胃更高要求。

           



        事實上,此前出臺的《促進汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》已明確我國動力電池目標(biāo),到2020年,鋰離子動力電池單體比能量大于300Wh/kg;系統(tǒng)比能量爭取達到260Wh/kg;成本小于1元/Wh;使用環(huán)境從零下30℃到55℃;具備3C充電能力,力爭實現(xiàn)單體電池350Wh/kg。  


        磷酸鐵鋰電池的理論能量密度只有180Wh/kg,三元材料電池因此擔(dān)起了攻堅重任。而三元材料體系繁多,哪種才是正確路線?經(jīng)過多家企業(yè)不斷摸索,大家似乎達成共識,高鎳體系的三元材料電池是今后的發(fā)展方向。  


        高鎳三元材料成為主流  


        經(jīng)濟學(xué)家常常用供給與需求兩條曲線分析市場,兩者的交叉就是平衡點。動力電池企業(yè)也應(yīng)用這個原理分析產(chǎn)品發(fā)展趨勢。  


        寧德時代新能源科技有限公司副總裁、首席科學(xué)家吳凱展示了動力電池能量密度與成本之間的關(guān)系。隨著規(guī)模擴大、技術(shù)進步,成本曲線向下傾斜;克服“里程焦慮癥”的辦法只有提升能量密度,這也是我國政府和行業(yè)鼓勵的方向。向上的能量密度曲線與成本曲線形成交叉點,動力電池企業(yè)圍繞于此做文章。  


        吳凱說:“企業(yè)對電池的設(shè)計都是從成本與能量密度的平衡著眼。在平衡點之下,三元材料占有優(yōu)勢;在平衡點之上,硅基負極體系和固態(tài)電池占有優(yōu)勢。在固態(tài)電池還不能商業(yè)化的背景下,三元材料體系成為主攻目標(biāo)!  


        近期,在多個產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇上,企業(yè)和科研機構(gòu)的專家均談到,磷酸鐵鋰電池受到自身材料性能的限制,以目前的技術(shù)水平難以在2020年達到國家規(guī)定的能量密度要求,而三元材料中的NCM111和NCM523等類型電池也是如此。  


        據(jù)專家介紹,目前主流的NCM523電池,能量密度可以達到160~200Wh/kg,與300Wh/kg有較大距離?蒲腥藛T提高三元體系中鎳的含量,電池的能量密度顯著提高,NCM622和NCM811分別達到230Wh/kg和280Wh/kg。為了達到300Wh/kg的目標(biāo),高鎳三元材料成為必然的選擇。  


        數(shù)據(jù)顯示,2018年一季度,國內(nèi)三元材料產(chǎn)量31670噸,同比增長64.26%。其中,常規(guī)NCM型號占比78%,NCM622型號占比14%,NCM811/NCA占比8%,NCM811產(chǎn)量大幅增長。  


        目前,高鎳三元材料有兩種路線,分別是NCM(鎳鈷錳)和NCA(鎳鈷鋁)。在高鎳三元材料中,鎳的主要作用是提供容量,其含量越高,電池的能量密度越大;鈷元素在貢獻一部分容量的同時起到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用;錳/鋁主要用來穩(wěn)定三元體系結(jié)構(gòu)。  


        企業(yè)憑技術(shù)積累走在前列  


        比克是國內(nèi)較早從事三元電池研發(fā)與生產(chǎn)的企業(yè),自2006年至今積累了豐富的經(jīng)驗。目前,比克已實現(xiàn)NCM811動力電池的批量供貨。  


        比克生產(chǎn)的三元電池全部為圓柱電池,目前主要供應(yīng)18650-2.75Ah電芯產(chǎn)品。記者在比克電池工廠看到過配裝18650-2.75Ah電芯的零跑LP-S01電動汽車。據(jù)介紹,其整包電量36kWh,最大續(xù)駛里程360km,NEDC工況下續(xù)駛里程250km,在慢充模式下8~10小時可充滿,快充模式下48分鐘可充電80%,在極端的應(yīng)急模式下充電10分鐘可行駛60km。  


        今年5月,比克3.0Ah電芯產(chǎn)品上市,能量密度達到250Wh/kg,助力新能源汽車實現(xiàn)超長續(xù)航。比克的三元材料電池不再只有18650電芯,21700電芯已完成多次下線內(nèi)測,4.8Ah 21700圓柱電池開始小批量試樣,預(yù)計今年第四季度實現(xiàn)大批量出貨,年底推出5.0Ah產(chǎn)品。  


        天津力神在三元材料研發(fā)中形成了自己的特色,在NCA正極材料研究基礎(chǔ)上,開發(fā)高比能量、長循環(huán)壽命、良好安全性能的鋰離子動力電池用高鎳系正極材料,并且通過納米制備、納米分散、包覆及預(yù)嵌鋰等多種技術(shù),研發(fā)容量高、首次效率高、循環(huán)穩(wěn)定性及倍率性能好的硅碳負極材料。  


        正負極材料研發(fā)技術(shù)的突破,使天津力神三元材料電池的能量密度提前達到國家設(shè)計的目標(biāo)。據(jù)悉,其開發(fā)的電芯單體比能量達到302Wh/kg,體積能量密度大于642Wh/L,25℃下1C充放電循環(huán)710次(100%DOD),容量保持率達到80%。天津力神通過進一步優(yōu)化電解液配方,循環(huán)性能明顯改善,目前循環(huán)285次(100%DOD)容量保持率高達96%。這為開發(fā)出比能量300Wh/kg、循環(huán)壽命1500次的鋰離子電池單體奠定了基礎(chǔ)。  


        三元材料痛點待破  


        三元材料的優(yōu)勢很明顯,痛點也很突出,一是技術(shù)難度較大;二是材料價格上漲制約成本下降。日本松下電池率先實現(xiàn)高鎳三元材料電池量產(chǎn),國內(nèi)僅有少數(shù)企業(yè)量產(chǎn)NCM811,技術(shù)難度可想而知。駱兆軍說:“高鎳材料不僅堿度高,氧化性也是難題,這兩個技術(shù)挑戰(zhàn)成為許多企業(yè)研發(fā)高鎳三元材料的“攔路虎”。比克有十幾年的三元電池研發(fā)經(jīng)驗,經(jīng)驗積累在攻克難題中起了重要作用!睋(jù)介紹,比克通過對材料熱特性研究和穩(wěn)定成膜添加劑,陶瓷隔膜技術(shù)應(yīng)用和結(jié)構(gòu)件優(yōu)化等多個方面最終完成了多層安全保證。  


        三元材料體系中必須使用金屬鈷,我國是鈷資源貧乏國家,必須依賴進口。近年來,隨著全球新能源汽車推廣熱潮升溫,鈷價格持續(xù)上漲。2015年,全球精煉鈷的供給量約為10.2萬噸,而鈷的需求量約為9.2萬噸,鈷價格保持相對平衡,2016年,鈷價格開始穩(wěn)步上漲,但速度并不快,保持在10萬~15萬元/噸之間,2017年開始鈷價格一路上揚。有資料顯示,2018年,鈷價有可能達到80萬元/噸。  


        一家不愿透露姓名的產(chǎn)業(yè)投資者告訴記者,金屬鈷的稀缺性、供需緊張、寡頭控制、小品種在期貨市場容易被炒作,以及剛果(金)的時局等因素都成為鈷價持續(xù)上張的動力源。  


        在新能源汽車補貼退坡和“雙積分”政策實施的背景下,汽車企業(yè)為增加市場競爭力,每年要求電池企業(yè)降低供貨價格。整車企業(yè)對價格的“索取”越來越猛烈,而三元材料的降價能力有限,成本高成為令人頭痛的問題。  


        為了應(yīng)對成本困擾,電池企業(yè)嘗試進一步采用高鎳方法。據(jù)了解,國內(nèi)有些企業(yè)正在研究9∶0.5∶0.5的三元材料電池,提高鎳的使用量,降低鈷的用量,從而規(guī)避鈷價不斷上漲帶來的成本困擾。  


        日本松下作為全球著名的三元材料電池企業(yè),在高鎳化道路上走得更遠。前不久,松下汽車電池業(yè)務(wù)的負責(zé)人Kenji Tamura在與分析師開會時表示:“我們已大幅降低鈷的使用量,并希望在不久的將來實現(xiàn)無鈷電池,目前研發(fā)已在進行中!

        (粉體網(wǎng)編輯整理/土豆兒)

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