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政策和市场催生三元材料高镍化 动力电池进入高能量密度时代

2018-07-07 17:44 来源: 东方网

磷酸铁锂电池的理论能量密度只有180Wh/kg,三元材料电池因此担起了攻坚重任。而三元材料体系繁多,哪种才是正确路线?经过多家企业不断摸索,大家似乎达成共识,高镍体系的三元材料电池是今后的发展方向。

政策和市场催生三元材料高镍化 动力电池进入高能量密度时代

日前,工信部发布了2018年第6批《新能源汽车推广应用推荐车型目录》(简称《推荐目录》)。按照新能源汽车补贴新政要求,自6月12日起,从今年第5批开始,进入《推荐目录》的新车型才能享受补贴。第5批、第6批《推荐目录》对汽车的电池能量密度、续驶里程等方面提出胃更高要求。

事实上,此前出台的《促进汽车动力电池产业发展行动方案》已明确我国动力电池目标,到2020年,锂离子动力电池单体比能量大于300Wh/kg;系统比能量争取达到260Wh/kg;成本小于1元/Wh;使用环境从零下30℃到55℃;具备3C充电能力,力争实现单体电池350Wh/kg。

磷酸铁锂电池的理论能量密度只有180Wh/kg,三元材料电池因此担起了攻坚重任。而三元材料体系繁多,哪种才是正确路线?经过多家企业不断摸索,大家似乎达成共识,高镍体系的三元材料电池是今后的发展方向。

■高镍三元材料成为主流

经济学家常常用供给与需求两条曲线分析市场,两者的交叉就是平衡点。动力电池企业也应用这个原理分析产品发展趋势。

宁德时代新能源科技有限公司副总裁、首席科学家吴凯展示了动力电池能量密度与成本之间的关系。随着规模扩大、技术进步,成本曲线向下倾斜;克服“里程焦虑症”的办法只有提升能量密度,这也是我国政府和行业鼓励的方向。向上的能量密度曲线与成本曲线形成交叉点,动力电池企业围绕于此做文章。

吴凯说:“企业对电池的设计都是从成本与能量密度的平衡着眼。在平衡点之下,三元材料占有优势;在平衡点之上,硅基负极体系和固态电池占有优势。在固态电池还不能商业化的背景下,三元材料体系成为主攻目标。”

近期,在多个产业发展论坛上,企业和科研机构的专家均谈到,磷酸铁锂电池受到自身材料性能的限制,以目前的技术水平难以在2020年达到国家规定的能量密度要求,而三元材料中的NCM111和NCM523等类型电池也是如此。

据专家介绍,目前主流的NCM523电池,能量密度可以达到160~200Wh/kg,与300Wh/kg有较大距离。科研人员提高三元体系中镍的含量,电池的能量密度显著提高,NCM622和NCM811分别达到230Wh/kg和280Wh/kg。为了达到300Wh/kg的目标,高镍三元材料成为必然的选择。

数据显示,2018年一季度,国内三元材料产量31670吨,同比增长64.26%。其中,常规NCM型号占比78%,NCM622型号占比14%,NCM811/NCA占比8%,NCM811产量大幅增长。

目前,高镍三元材料有两种路线,分别是NCM(镍钴锰)和NCA(镍钴铝)。在高镍三元材料中,镍的主要作用是提供容量,其含量越高,电池的能量密度越大;钴元素在贡献一部分容量的同时起到稳定结构的作用;锰/铝主要用来稳定三元体系结构。

■企业凭技术积累走在前列

比克是国内较早从事三元电池研发与生产的企业,自2006年至今积累了丰富的经验。目前,比克已实现NCM811动力电池的批量供货。

比克生产的三元电池全部为圆柱电池,目前主要供应18650-2.75Ah电芯产品。记者在比克电池工厂看到过配装18650-2.75Ah电芯的零跑LP-S01电动汽车。据介绍,其整包电量36kWh,最大续驶里程360km,NEDC工况下续驶里程250km,在慢充模式下8~10小时可充满,快充模式下48分钟可充电80%,在极端的应急模式下充电10分钟可行驶60km。

今年5月,比克3.0Ah电芯产品上市,能量密度达到250Wh/kg,助力新能源汽车实现超长续航。比克的三元材料电池不再只有18650电芯,21700电芯已完成多次下线内测,4.8Ah 21700圆柱电池开始小批量试样,预计今年第四季度实现大批量出货,年底推出5.0Ah产品。

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