Power Batterie Kathodenmaterial Streit

Neue Energiefahrzeuge sind die Richtung der Automobilentwicklung. Power-Batterien sind das Herzstück neuer Energiefahrzeuge. Ihr technologisches Niveau und ihre industrielle Entwicklung sind für die großtechnische Anwendung von Elektrofahrzeugen von großer Bedeutung. Mit der zunehmenden Konzentration der Power-Batterie-Industrie und der allmählichen Reife der Technologieroute wird sich die zukünftige Power-Batterie zu einer sichereren, längeren Lebensdauer und schnelleren Ladegeschwindigkeit entwickeln.

Gegenwärtig gibt es viele technische Wege für Leistungsbatterie-Kathodenmaterialien, die sich hauptsächlich auf Lithiumeisenphosphat, ternäre Materialien wie Lithiumkobaltoxid und Lithiummanganat konzentrieren. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie, welche Art von Weg der Kathodenmaterialtechnologie ist in der Leistungsbatterie? Ist das Feld wettbewerbsfähiger?

1, Lithiumeisenphosphat

Aufgrund seiner guten Sicherheit, langen Lebensdauer, reichlich vorhandenen Rohstoffressourcen und ohne Umweltverschmutzung wurde Lithiumeisenphosphat von vielen Herstellern von Leistungsbatterien unter der Leitung von BYD nachgefragt. Der Erfolg der chinesischen Lithium-Eisenphosphat-Technologie ist für ausländische Mainstream-Hersteller von Power-Batterien unerwartet.

Es gibt viele Vorteile von Lithiumeisenphosphat, aber die Nachteile liegen auch auf der Hand. Neben der extrem schlechten Zyklusleistung bei niedrigen Temperaturen ist der Hauptnachteil die geringe Leitfähigkeit und Abgriffsdichte und die Energiedichte beträgt nur 120-150 Wh / kg. Ende 2016 führte der Staat Subventionen für Strombatterien entsprechend der Energiedichte ein, die die Entwicklung von Lithiumeisenphosphat-Strombatterien behindern könnten. Die Verwendung von Lithiumeisenphosphat in Elektrobussen ist jedoch unersetzlich, und der Markt ist auch in Zukunft breit.

Derzeit gehören zu den Batterieherstellern, die Lithiumeisenphosphat verwenden, BYD, Peking University First, Shenzhen Water Code und Hefei Guoxuan und so weiter. In Zukunft wird sich Lithiumeisenphosphat in Richtung zunehmender Energiedichte entwickeln. Es ist denkbar, Additive wie Graphen und Kohlenstoffnanoröhren zu verwenden, um die Geschwindigkeitskapazität zu erhöhen oder die Spannung mit Lithiummangan-Eisenphosphat zu erhöhen, wodurch die Energiedichte um 15 bis 20% erhöht wird.

2. Lithiumcobaltat und Lithiumnickelat

Lithiumcobaltat ist das erste Lithiumbatteriekathodenmaterial für kommerzielle Anwendungen. Die erste Generation kommerzieller lithium-ionen-batterien ist die Lithium-Kobaltoxid-Lithium-Ionen-Batterie, die SONY 1990 auf den Markt gebracht hat und die dann in der Anwendung von Konsumgütern weit verbreitet ist.

Der größte Nachteil von Lithiumcobaltat besteht jedoch darin, dass die massenspezifische Kapazität gering ist und die theoretische Grenze bei 274 mAh / g liegt. Aus Gründen der strukturellen Stabilität können in praktischen Anwendungen nur 137 mAh / g erreicht werden. Gleichzeitig sind aufgrund der relativ geringen Kobaltreserven auf der Erde die Kosten für Lithiumkobaltoxid hoch und es ist schwierig, sich im Bereich der Leistungsbatterien in großem Maßstab zu verbreiten.

Ähnlich wie Lithiumcobaltat ist das ideale Lithiumnickelat eine hexagonale Schichtstruktur vom Typ α-NaFeO2. Die theoretische Kapazität von Lithium-Nickelat-Kathodenmaterial beträgt 275 mAh / g, was 180 bis 200 mAh / g erreichen kann, und das durchschnittliche Lithium-Einfügungspotential beträgt etwa 3,8 V. Nickel hat im Vergleich zu Lithiumkobaltat eine größere Reserve als Kobalt und ist relativ billiger. Lithiumnickelat ist jedoch schwierig zu synthetisieren und weist eine schlechte Zyklusleistung auf. Reinphasen-Lithium-Nickelat ist nicht praktikabel.

3. Lithiummanganat

Lithiummanganat kommt den derzeit verwendeten Lithiumkobaltoxid- und ternären Materialien sehr nahe. Der Batterieproduktionsprozess ist sehr ausgereift. Die Leistungsbatterie-Produktionslinie ist grundsätzlich mit der bestehenden Produktionslinie kompatibel. Insbesondere beabsichtigen Japan und Südkorea, Batterien vom Typ 18650 zu verwenden, um ein Leistungsbatteriemodul zu bilden. Die technische Idee erleichtert die Herstellung von Lithium-Manganat-akkus.

Der größte Nachteil von Lithiummanganat ist seine schlechte Temperaturwechselleistung, aber es hat auch seine eigenen einzigartigen Vorteile im Vergleich zu Lithiumeisenphosphat.

(1) Die volumetrische spezifische Energie von Lithiummanganat ist besser als die von Lithiumeisenphosphat

Die Kapazität von Lithiummanganat ist etwa 25% niedriger als die von Lithiumeisenphosphat, aber seine Spannung ist 15% höher als die von Lithiumeisenphosphat, und die Verdichtungsdichte von Lithiummanganat ist etwa 40% höher. Daher ist die volumenspezifische Energie von Lithiummanganat höher als die von Eisenphosphatlithium 25-30%.

(2) Die Konsistenz von Lithiummanganat ist besser als die von Lithiumeisenphosphat

Da das Lithiummanganatprodukt keinen Kohlenstoff enthält, sind die Leistungsparameter des Produkts stabil und die Konsistenz ist für die Herstellung der Leistungsbatterie sehr günstig.

Gegenwärtig entwickeln und produzieren Sonny aus Japan, China, CITIC Guoan, Suzhou Xingheng und andere Unternehmen Lithium-Manganat-Batterien, und es wird in Zukunft einen guten Markt für langsame Elektrofahrzeuge und Elektrofahrzeuge mit geringer Reichweite geben.

4. Ternäre Materialien

Die ternären Materialien sind hauptsächlich Nickel-Kobalt-Lithiumaluminat (NCA) und Nickel-Kobalt-Manganat (NCM). Unter diesen ist NCA das Material mit der höchsten spezifischen Kapazität unter kommerziellen Kathodenmaterialien.

Nickelkobaltkobaltaluminat (NCA)

Da Co und Ni ähnliche elektronische Konfigurationen, ähnliche chemische Eigenschaften und kleine Unterschiede in der Ionengröße aufweisen, können Lithiumnickelat und Lithiumcobaltat äquivalent substituiert werden, um eine kontinuierliche feste Lösung zu bilden und eine geschichtete α-NaFeO 2 -Struktur aufrechtzuerhalten, um A zu erhalten Ein stabileres Material mit hoher Nickel-Feststofflösung kann zusätzlich zur Zugabe von Kobalt die Stabilität und Sicherheit des Materials weiter verbessern und so ein ternäres Lithium-Kobalt-Aluminiumaluminat-Material bilden.

Obwohl NCA eine hohe spezifische Kapazität hat, sind auch seine Mängel offensichtlich. Der zukünftige Entwicklungstrend besteht darin, NCA mit hohem Nickelgehalt und niedrigem Kobaltgehalt zu entwickeln, um die Kosten zu senken und die Kapazität zu erhöhen. und echte Hochdruck-NCA zu entwickeln, um das Volumenverhältnis zu erhöhen; Darüber hinaus wird das Beschichtungsverfahren verwendet, um die NCA-Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit zu verringern.

Derzeit verwendet der US-amerikanische Tesla eine NCA-Kathodenmaterial-Batterie, die Technologie ist an der Spitze. Japans 18650-Batterie mit einer Kombination aus NCA und Silizium-Kohlenstoff-Anode hat eine Kapazität von bis zu 3500 mAh und eine mehr als 2000-fache Lebensdauer. Verschiedene Anzeichen sind, dass NCA positiv ist. Materialien sind in Leistungsbatterieanwendungen sehr wettbewerbsfähig.

Lithium-Nickel-Kobalt-Manganoxid (NCM)

Das ternäre Material aus Nickel-Kobalt-Manganhydrid (NCM) hat die Vorteile einer hohen spezifischen Kapazität, einer langen Lebensdauer, einer guten Sicherheit und eines niedrigen Preises, aber auch die Nachteile einer relativ niedrigen Plattform und einer geringen anfänglichen Lade- und Entladeeffizienz.

Derzeit wird Nickel-Kobalt-Mangan-Hydrid (NCM) hauptsächlich in Südkorea LG, Zhejiang Weihong Power und Zhuhai Yinlong verwendet. In Zukunft besteht der Entwicklungstrend von NCM hauptsächlich darin, ternäre Materialien mit geringer Kobaltschicht zu produzieren. Der Hauptgrund ist, dass Kobalt eine knappe Ressource ist. Durch Reduzieren des Betrags können die Kosten gesenkt werden. Die andere Richtung besteht darin, ein ternäres Material mit hoher Nickelschicht zu entwickeln. Obwohl das System mit hohem Nickelgehalt schwer zu synthetisieren ist und zum Mischen von Lithium-Nickel neigt, kann die Erhöhung des Nickelgehalts die Grammkapazität erheblich erhöhen, und das System mit hohem Nickelgehalt ist die Leistung, eines der idealen Materialien für Batterien. Darüber hinaus sollte NCM auch das Problem der Wasseraufnahme von Materialien berücksichtigen.

Zu diesem Zeitpunkt wenden einige inländische Hersteller den technischen Weg der ternären NCM / Lithiumtitanat-Anodenkombination an, um das Problem der schlechten Sicherheit und Zyklisierbarkeit zu vermeiden, die durch die Bildung von Lithiumdendriten in der Kohlenstoffanode verursacht werden. Die von diesem Modul hergestellte Leistungsbatterie weist die Eigenschaften einer guten Sicherheit, einer hohen Lade- / Entladerate und einer langen Lebensdauer (bis zu 5000-10000 Mal) auf und hat daher im Bereich der Leistungsbatterien viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen.

Zusammenfassen

Politische Trends, der zukünftige Markt für Power-Batterie-Industrie ist breit, die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate des Marktes für Power-Batterien für neue Energiefahrzeuge in den drei Jahren kann etwa 50% erreichen, aber die gesamte Batterie-Industrie ist hart umkämpft, die Branchenintegration geht weiter, die Macht Die Nachfrage auf dem Batteriemarkt wird sich weiter auf die dominierenden Unternehmen konzentrieren.

In Bezug auf die technischen Wege sind die gegenwärtigen Kathodenmaterialien für kommerzielle Lithium-Ionen-Leistungsbatterien hauptsächlich Lithiummanganat (LMO), Lithiumeisenphosphat (LFP) und ternäre Materialien (NMC). Jedes Material hat seine eigenen Vor- und Nachteile sowie seine eigenen Anwendungsbereiche und Marktanforderungen. Unter ihnen sind Elektrowerkzeuge, HEVs und Elektrofahrräder die Hauptanwendungsbereiche von LMO. Neue Busse und Taxis für den öffentlichen Nahverkehr werden weiterhin von LFP dominiert. In Zukunft wird die wahrscheinlichste Situation auf dem Gebiet der Leistungsbatterien darin bestehen, dass Lithiumeisenphosphat und ternäre Materialien Hand in Hand gehen.

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