新能源汽車產(chǎn)業(yè)既保持了傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)鏈條的特征,又新增了電池、電機(jī)和電控等重要的產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)。外部環(huán)境的變化正在促發(fā)汽車產(chǎn)業(yè)的新一輪產(chǎn)業(yè)變革,新能源汽車是汽車產(chǎn)業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型的重要方向,其需要的資源、生產(chǎn)方式、配套關(guān)系以及產(chǎn)業(yè)布局也在不斷的發(fā)生變化。
上游原材料
以鋰、鈷、鎳、石墨、稀土為代表的礦產(chǎn)資源在新能源汽車領(lǐng)域有重要用途,尤其是電池級(jí)碳酸鋰是動(dòng)力電池關(guān)鍵原材料之一。而鎂鋁及其合金是汽車輕量化的重要材料。
正極材料
正極材料決定了鋰離子電池的主要性質(zhì),如能量密度、循環(huán)穩(wěn)定性、安全性等。正極材料目前主要包括鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料等。目前來(lái)看,鋰電池正極遵循著從二元材料向三元材料的發(fā)展趨勢(shì)。松下NRC18650B的正極材料是鎳鈷鋁三元材料,俗稱NCA。通過引入Ni含量可提高材料的容量,而松下NRC18650B正是提高了Ni含量(摩爾分?jǐn)?shù)80%)從而使電池從原來(lái)的2.9Ah提高到了3.3Ah左右,能量密度大大提升。同時(shí)受益于三元協(xié)同效應(yīng),NCA正極材料綜合了LiNiO2和LiCoO2諸多優(yōu)點(diǎn),性能比使用單一材料優(yōu)越。而且,該材料用鈷量較少,成本較低。
鋰電負(fù)極變革趨勢(shì):硅基負(fù)極
Si基負(fù)極材料最大的有事在于極高的理論能量密度(4200mAh/g),遠(yuǎn)高于石墨。這也符合新能源汽車對(duì)電池的要求。從目前趨勢(shì)上看,未來(lái)負(fù)極材料的發(fā)展方向先向硅基+石墨,最后將由純硅/金屬鋰完全取代低能量密度的石墨。
硅基負(fù)極材料最大的不足就是膨脹問題,充電后易膨脹碎裂,無(wú)法復(fù)原,導(dǎo)致材料最終出現(xiàn)粉末化,大大縮短了電池壽命。在充放電過程中會(huì)有300%的膨脹,而相同條件下石墨只有7%,目前松下最新研發(fā)的碳硅基復(fù)合材料負(fù)極中硅的含量達(dá)到了10%,可以看出隨著技術(shù)水平的進(jìn)步還有很大的發(fā)展空間。
負(fù)極材料
鋰離子電池的負(fù)極是由負(fù)極活性物質(zhì)碳材料或非碳材料、粘合劑和添加劑混合制成糊狀膠合劑均勻涂抹在銅箔兩側(cè),經(jīng)干燥、滾壓而成。負(fù)極材料主要分為碳材料(石墨類)、金屬氧化物材料以及合金材料。動(dòng)力電池市場(chǎng)爆發(fā)以來(lái),相比于其他材料而言,負(fù)極材料價(jià)格相對(duì)穩(wěn)定,技術(shù)路線以石墨類為主,不存在很大的爭(zhēng)議。目前負(fù)極材料主要以天然石墨和人造石墨為主,兩者性能有著各自的優(yōu)缺點(diǎn),應(yīng)用領(lǐng)域也有所不同。
隔膜
隔膜的主要作用是保障正負(fù)極分開的情況下鋰離子自由流通,是保障電池安全的最重要部分之一。隔膜能有浸潤(rùn)在電解液中,而且表邊上有大量允許鋰離子通過的微孔。微孔密度以及材料選擇、厚度等等特性都會(huì)影響鋰離子穿過隔膜的速度從而影響電池性能。據(jù)估計(jì),鋰電池中隔膜的耗用量大致為20m2/kWh。
涂覆隔膜是指在基膜上涂布PVDF等膠黏劑或陶瓷氧化鋁。涂覆隔膜的作用是:1、提高隔膜耐熱收縮性,防止隔膜收縮造成大面積短路;2、涂覆材料熱傳導(dǎo)率低,防止電池中的某些熱失控點(diǎn)擴(kuò)大形成整體失控。
電解液
電解液,在鋰離子電池中是作為帶動(dòng)鋰離子流動(dòng)的載體,對(duì)鋰電池的運(yùn)行和安全性具有舉足輕重的作用。根據(jù)推算,在電解液的成本構(gòu)成中,溶劑約占30%,添加劑約占10%,最主要的成分溶質(zhì)約占60%。市場(chǎng)上的溶質(zhì)以六氟磷酸鋰(LiPF6)為主,松下NCR18650電池也選用了六氟磷酸鋰作為溶質(zhì),每kWh鋰電池需要0.15kg的六氟磷酸鋰。六氟磷酸鋰同樣可以通過碳酸鋰制備。
電解液未來(lái)比較有前景的方向:高電壓電解液
提高電池能量密度乃是鋰電池的趨勢(shì)之一,目前提高能量密度的方法主要有兩種:一種是提高傳統(tǒng)正極材料的充電截止電壓,如將鈷酸鋰的充電電壓提升至4.35V、4.4V。但靠提升充電截止電壓的方法是有限的,進(jìn)一步提升電壓會(huì)導(dǎo)致鈷酸鋰結(jié)構(gòu)坍塌,性質(zhì)不穩(wěn)定;另一種方法則是開發(fā)充放電平臺(tái)更高的新型正極材料,如富鋰錳基、鎳鈷酸鋰等。正極材料的電壓提升后,需要與之配套的高電壓電解液,添加劑對(duì)電解液的高電壓性能起到關(guān)鍵作用,其成為近年來(lái)的研發(fā)重點(diǎn)。
中國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)圖譜
11月10日,中汽協(xié)公布了10月新能源汽車產(chǎn)銷分別完成9.2萬(wàn)輛和9.1萬(wàn)輛,同比分別增長(zhǎng)85.9%和106.7%。其中純電動(dòng)汽車產(chǎn)銷均完成7.7萬(wàn)輛,同比分別增長(zhǎng)76.3%和95.8%;插電式混合動(dòng)力汽車產(chǎn)銷均完成1.4萬(wàn)輛,同比分別增長(zhǎng)163.6%和194%。
1-10月,新能源汽車產(chǎn)銷分別完成51.7萬(wàn)輛和49.0萬(wàn)輛,同比分別增長(zhǎng)45.7%和45.4%。其中純電動(dòng)汽車產(chǎn)銷分別完成42.7萬(wàn)輛和40.2萬(wàn)輛,同比分別增長(zhǎng)54.7%和55.9%;插電式混合動(dòng)力汽車產(chǎn)銷分別完成9萬(wàn)輛和8.8萬(wàn)輛,同比分別增長(zhǎng)14%和11.2%。