未来锂离子电池发展方向

从2015年国家利好政策出台以来,新能源汽车锂离子电池持续保持稳定井喷式发展。这几年来主要变化突出表现在这么几个方面:
1、整个配套产业链更加完善合理;
2、综合产能直线型提升;
3、锂电池性能和安全性更加优化;
4、价格合理下降;

这几点我以数据来简要说明解释一下。如15年伊始,新能源车用18650三元圆柱锂离子电池以523系+人造石墨为主,容量最高做到2.6Ah(0.5C/1C),循环次数500-1000cycle,价格>1元/Wh,电池制造原材料如正极隔膜等厂家经常存在货量不足或者拖欠货款等情况。经过这几年国家利好政策宏观调控和市场本身净化整合,新能源车用18650三元圆柱锂离子容量可达到>3.2Ah,循环>1000cycle,价格更低,即便目前碳酸锂价格高于60万/吨,仍然低于0.8元/Wh。

经历这几年的技术沉淀积累,新能源汽车锂离子电池未来有以下几个发展方向,而且也是最近、最有可能实现产业化的,和大家分享一下。

一、钠离子电池

钠离子电池比锂离子电池好在哪里?最重要的其实就两个字:便宜。其他的所谓优点牵强附会,所谓缺点如能量密度低在价格面前也会忽略不计。锂元素地壳丰度为0.0017%,而钠元素地壳丰度2.74%,且生产锂离子电池正极材料的锂盐地球分布不均匀,集中在澳大利亚、智利、俄罗斯等国,开采有一定难度,钠盐全球储量大,开采容易太多。

碳酸锂从17年涨价以来,虽有所回落,但始终起起落落,目前更是价格涨到了历史奇高。从成本及未来可持续考虑,钠离子电池势在必行。事实上很多动力电池一线企业和相关产业链也在加紧布局,如中科海纳前一段在阜阳建设了一条2Gwh钠离子产线,同时还中标三峡储能项目,计划建设几十兆瓦时钠离子储电站;锂电寡头CATL也宣称明年会量产钠离子电池等等。

如果国家完全退补,新能源汽车完全由市场自己决定,相信价格优势可定是绝对的优势。钠离子电池必定是新的宠儿。

二、半固态电池

不管如何,锂离子电池能量密度和安全性绝对是不可忽视两个指标。半固态电池可以兼顾两者,是首选。

要想提高锂离子电池能量密度,目前主流做法是高镍+硅碳负极+液态电解液,但是硅负极有着3-4倍膨胀,反复循环后硅负极会粉化脱落,同时硅负极和液态电解液兼容性差,容易产气。而硅本身是导电率差的半导体等等。所以最终这种体系但很不理想。

半固态电池可以完美解决以上这些问题。体系内没有液态电解液就不会和硅负极发生反应而产气,没有液态电解液安全性也会大大加强。最主要的,因为凝胶态电解质的使用,负极可以使用表面修饰过的金属锂,这样舍弃高膨胀率、低导电率的硅,最终性能大大加强。

至于全固态电池,近几年几乎不可能。最主要的固固界面接触着实让人头痛,同时正极及固态电解质选取也是难题。

在未来几年,在新能源汽车领域半固态电池发展也不容小觑。

三、大圆柱电池

先说一下为什么大圆柱电池的优势:

  1. 能量密度更大:这个好理解,主要因为相对外壳壳体质量百分比降低;
  2. 价格更低:这是相对成熟后生产工艺而言。主要因为生产效率提升;
  3. 性能更好:全极耳设计,交流内阻降低,产热低;
  4. 成组工艺简单化:相比较18650,成组电芯数量少了自然工艺更简单些。

以上是明摆着显而易见的优点,其实还有一个最重要的优点就是考虑到负极硅负极。硅负极由于膨胀和产气,在传统软包和方形铝壳中很难使用,故而圆柱是最佳选择。但是传统18650电池体积太小,而更大圆柱电池如46直径更适合硅负极。可以说大体积和全极耳是硅负极的完美匹配。也就是说,追求高能量密度,必用含硅负极材料,用含硅负极材料必用大圆柱体系。

高能量密度电池是大势所趋,大圆柱势在必行。

这三种新能源汽车电池未来发展方向会并驾齐驱,不分伯仲。也会在不久将来普遍应用于新能源汽车。。