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新赛道下电芯材料的“穷途末路”与“舍命狂奔”
2018.10.13

进入2018年以来,政策的调整和市场的方向都在推动电动汽车向更高续航、更快充电效率、更低价格的大趋势发展,要达到这“三更”目标,动力电芯材料的创新导入应用就是其中一个重要、根本的实现路径。

以四大关键材料为例,高镍系三元材料、硅碳系负极、薄型化的干湿法隔膜、高电压的电解液等等,都是目前动力电池企业试图满足新能源车企而实际应用或正在导入的新材料。这些新材料的应用,有的切实提升了动力电芯的能量密度,有的则因为导入过程中遇到的难题尚未攻克暂且放缓,有的则还在研发的路上。

正极材料:高镍、富锂锰基导入命途不同

从提升动力电芯比容量为直接的正极材料来看,动力电池企业导入NCM811、NCA、富锂锰基材料效果显著。比如比克、力神、远东福斯特、卓能、创明、天鹏电源等圆柱企业在电池容量上就有极大地提升,已经有企业将3.0Ah的18650电芯配套A0级SUV车型。遨优动力富锂锰基电池已经配套车企上榜推荐目录。

但并非所有的新材料都像高镍材料在圆柱电芯企业中导入这么顺利。

事实上,软包企业在导入高镍材料,包括遨优动力、天劲股份在内的NCM811软包电池已经通过国家强检认证,单体电芯比能量达260wh/kg。但高镍材料在软包应用中的热失控、胀气等依然是困扰不少软包企业是否规模化量产的拦路虎。

硅碳负极应用不如预期补锂设备来“凑”

到今年9月份为止,硅碳负极的应用情况就不如预期,多家动力电芯企业从7、8月开始减缓采购需求甚至干脆停止采购。

有业内人士表示,硅碳负极在动力电芯应用中就存在锂源不足的问题,这是因为与人造石墨可达到90%的首效相比,硅碳负极的首次库伦效率较低,一般在80%左右。但目前人造石墨对动力电芯能量密度的提升已经接近理论值,硅碳的导入极为必要,这就需要加大补锂工艺在应用硅碳负极动力电池企业中的推广。

已经有多家设备供应商向高工锂电表示,目前已经有动力电池客户在谈自动补锂设备方案,由于各家工艺有所出入因此需要做不同程度的调整,整个设备还处于样机制作阶段。

一位知情人透露:“国内某知名动力电池企业的负极补锂工艺已经成熟应用,随着该条产线电池的市场起量,其他电池企业将更加重视及跟进,预计今年年底或明年年初会是负极补锂设备及补锂工艺迈向产业化的重要时期。”

高压电解液需要添加剂配合

为了配合高镍系正极材料的应用节奏,动力电池企业还需要从电解液方面进行适配。因为随着能量密度提升,一般正负极的压实密度都比较大,常规碳酸酯和六氟磷酸锂体系,在4.5V以上电压电池中会发生分解,循环性能差,高温性能差等电池性能的下降,电解液浸润性变差,保液量降低,已不能完全满足高电压锂离子电池的要求。目前,新宙邦、天赐等电解液领军企业都在试图从高镍电解液添加剂方面着手。

隔膜薄型化有极限

在四大关键材料中,隔膜同样免不了新的挑战。从技术来看,干湿法隔膜薄型化已经成为一种趋势。在保证动力电池安全和提升能量密度等性能的前提下,干法单拉隔膜正在和湿法隔膜悄然展开一场拉锯战。

从隔膜和动力电池企业处获悉,目前已经有电池企业在试图导入基膜厚度在16-18μm的干法隔膜。为配合动力电池客户的产品升级,湿法隔膜也不断在开发低于12μm的基膜产品。

一个需要警惕的问题是,隔膜并不是越薄越好,干湿法隔膜在动力电池的应用中都有一个厚度的极限值。对于电池企业来说,摆在首位的还是产品安全。

铝塑膜实现数码锂电池应用本土化

可以说,在动力电池技术路线中,相比圆柱、方形,软包比较能够平衡高能量密度和安全,但这其中面临的规模化量产难题也非常多。其中关键的一道就是铝塑膜材料的攻关,这也成为国内后实现本土化量产的一款材料。

国内本土铝塑膜企业一直都在努力,目前包括新纶科技、道明光电、苏达汇诚等本土企业已经能够在数码锂电池上实现应用替代。

多样化辅材的不同命运

要配合正负极、电解液、隔膜等四大关键材料导入的新趋势,铜箔铝箔、导电剂、粘结剂等锂电池辅材也需要不断进阶、升级。

锂电铜箔方面,尽管8微米产品依然是动力电池企业应用的主流产品,但6微米已经成为铜箔企业规模化量产的热点,不少动力电池企业今年能量密度的提升也是应用了6微米的产品。在接下来的铜箔竞争中,为了拉开差距,6微米微孔铜箔将成为铜箔企业和电池企业追逐的下一个热点。

导电剂方面,随着动力电池规模化需求的爆发,碳纳米管导电剂替代传统导电炭黑的进程在加快。同时,石墨烯导电剂也在占据一席之地。目前,国内主流动力电池企业比亚迪、宁德时代、国轩高科、亿纬锂能、比克、力神、中航锂电等都已在使用碳纳米管导电剂,部分电池企业也选择了石墨烯导电剂。

粘结剂方面,长期以来,这款细分辅材的技术还掌握在国外企业手中,国内虽然有不少企业都尝试撬动这一块市场蛋糕,却屡屡败下阵来,成为国产粘结剂无法言语的伤痛。

总结来看,上述锂电池原材料在产业化的应用过程中,囿于各自材料性能和动力电池企业应用的成效等不同,出现了截然相反的命运。细分来看,究竟如何破解其中的应用命途?

为聚焦高镍化趋势下动力电池的瓶颈突破与安全应用,10月18—19日,高工锂电将在深圳举办“高工锂电(2018)锂电池关键材料技术创新峰会”,邀请锂电材料各个环节及动力电池企业超80位行业专家、技术领袖及超400位业内人士就现阶段动力电池核心材料的技术研发创新、产业化升级等进行共同探讨。

据悉,包括杨裕生院士等专家及来自中国汽车技术研究中心、科恒、Umicore、Zeon、Henkel、遨优动力、当升、格林美、飞宇新能源、诺德、凌志等领导将发表主题演讲。参会报名截止至10月12日

来自产业链细分材料将围绕“高镍材料动力电池产业化突围”、“富锂锰基动力电池量产”、“高镍时代电解液添加剂的应对之策”、“补锂工艺及配套设备的进展”、“硅碳负极的产业化匹配与应用”、“国产铝塑膜的动力电池应用替代”、“锂电隔膜的第三条工艺选择”、“打孔铜箔的产业化应用现状”、“石墨烯、碳纳米管导电添加剂与应用研究新进展”、“新型粘结剂(硅碳负极)的替代研究与应用进展”等热点议题进行精彩演讲。

值得一提的是,在此次论坛期间,“2018新能源关键材料技术与资本对洽会”将在18日同期举办,为具备技术实力的潜力型企业提供投资需求对接。

数据提供:天助网    
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