電動(dòng)汽車的飛速增長(zhǎng) 將引發(fā)全球電池技術(shù)風(fēng)暴

電動(dòng)汽車的飛速增長(zhǎng) 將引發(fā)全球電池技術(shù)風(fēng)暴

因應(yīng)傳統(tǒng)車廠加入電動(dòng)車戰(zhàn)局，全球五大車用鋰電池廠商，無(wú)不卯足全力鞏固鋰、鈷、鎳等金屬料源，同時(shí)大舉擴(kuò)充產(chǎn)能。此外，廠商也開(kāi)始朝高鎳三元電池與固態(tài)電池發(fā)展，未來(lái)誰(shuí)能夠領(lǐng)先群雄，誰(shuí)就是電池產(chǎn)業(yè)的新贏家。

一場(chǎng)寧?kù)o革命即將開(kāi)始！未來(lái)兩年之內(nèi)全球電動(dòng)車銷量可望突破500萬(wàn)輛，帶動(dòng)電池及相關(guān)零組件需求暴增；因應(yīng)傳統(tǒng)車廠加入電動(dòng)車戰(zhàn)局，全球五大車用鋰電池廠商，無(wú)不卯足全力鞏固鋰、鈷、鎳等金屬料源，同時(shí)大舉擴(kuò)充產(chǎn)能。此外，廠商也開(kāi)始朝高鎳三元電池與固態(tài)電池發(fā)展，未來(lái)誰(shuí)能夠領(lǐng)先群雄，誰(shuí)就是電池產(chǎn)業(yè)的新贏家。

根據(jù)國(guó)際能源署的全球電動(dòng)車展望，2017年全球電動(dòng)和插電式混合動(dòng)力汽車數(shù)量超過(guò)300萬(wàn)輛，比16年增加54％，預(yù)計(jì)到2030年電動(dòng)車的數(shù)量將達(dá)到1.25億輛。隨著越來(lái)越多傳統(tǒng)車廠跨入電動(dòng)車領(lǐng)域，將促使鋰電池與相關(guān)材料如（正負(fù)極材料、隔離膜與電解液）需求只增不減。日本調(diào)查機(jī)構(gòu)矢野經(jīng)濟(jì)研究所調(diào)查報(bào)告指出，因德國(guó)自2030年起、英國(guó)和法國(guó)自2040年起將禁售內(nèi)燃式引擎（internal combustion engine）車，讓各家車廠將加快腳步推出電動(dòng)車等環(huán)保車新車款、有望提振車用鋰電池市場(chǎng)持續(xù)呈現(xiàn)增長(zhǎng)，預(yù)估2020年車用鋰電池市場(chǎng)規(guī)模將擴(kuò)大至一1.97GWh、將較16年成長(zhǎng)1.57倍，到2025年有望進(jìn)一步擴(kuò)大至254.9GWh。

當(dāng)前電動(dòng)車普及率無(wú)法有效加速，最大關(guān)鍵仍在于電池成本居高不下，鋰電池當(dāng)中所涵蓋的鈷、鋰、鎳等金屬原料，往往易受到國(guó)際局勢(shì)或人為炒作而出現(xiàn)波動(dòng)。日前日本電池大廠Panasonic已宣布計(jì)劃在2-3年內(nèi)量產(chǎn)鈷用量減至現(xiàn)行一半的圓筒型鋰電池，可望大幅降低電池成本，進(jìn)而使得電動(dòng)車的車價(jià)不再是高不可攀。

為了解決成本上漲的問(wèn)題，同時(shí)往高能量密度（大于200Wh/kg） 產(chǎn)品推進(jìn)，電池芯廠積極導(dǎo)入鎳錳鈷（NCM）與鎳鈷鋁（NCA）等正極材料，增加鎳金屬的使用量，相對(duì)的鈷金屬的比重也會(huì)逐漸降低。若按照鎳錳鈷的比例，三元電池又可以分為111、523、622、811等型號(hào)。由于鎳主要作用為提升能量密度，目前在高鎳三元?jiǎng)恿﹄姵仡I(lǐng)域，Panansonic幾乎是獨(dú)霸。 Panasonic應(yīng)用在特斯拉Model 3上的圓柱型電池，透過(guò)改良高鎳正極材料和矽碳負(fù)極材料的應(yīng)用，使電池能量密度實(shí)現(xiàn)了20％的提升。根據(jù)中國(guó)工信部發(fā)布的《促進(jìn)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)方案》，到2020年，電池能量密度達(dá)到300Wh/kg，系統(tǒng)比能量達(dá)到260Wh/kg。以現(xiàn)有的技術(shù)條件，磷酸鐵鋰和622以下的正極材料是很難達(dá)到上述要求。如果要達(dá)到300Wh/kg以上的能量密度，811三元電池幾乎就是唯一的選擇。因此，未來(lái)因應(yīng)中國(guó)更為嚴(yán)苛的電池標(biāo)準(zhǔn)，電池相關(guān)廠商勢(shì)必要朝高鎳三元電池發(fā)展。

然而，高鎳三元電池也對(duì)電解液帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。高鎳三元正極的吸水性強(qiáng)、穩(wěn)定性低，在高溫條件下鎳元素的催化作用會(huì)加速電解液的分解，使電解液氧化，而產(chǎn)生裂縫并且溶出的錳、鈷等過(guò)渡金屬離子還會(huì)破壞負(fù)極上的SEI膜，致使在高溫環(huán)境下電池的容量、回圈和安全性都受到嚴(yán)重影響。

電解液主要由溶劑、六氟磷酸鋰與添加劑三部分所組成，雖然電解液占鋰電池成本約一成左右，但卻是不可或缺的關(guān)鍵材料，其主要作為帶動(dòng)鋰離子流動(dòng)的載體，對(duì)電池的容量、工作溫度范圍、循環(huán)效率和安全性能等相當(dāng)重要。目前中國(guó)廠商為全球電解液主要供應(yīng)商，產(chǎn)量市占率高達(dá)六成，其中，以新宙邦居領(lǐng)導(dǎo)地位。日前新宙邦更斥資120萬(wàn)美元收購(gòu)巴斯夫（BASF）在歐美地區(qū)的電解液業(yè)務(wù)，預(yù)計(jì)十二月完成交割。過(guò)去以來(lái)，新宙邦自主研發(fā)添加劑，目前自制鋰電池電解液添加劑種類超100種，如今已是LG化學(xué)與三星SDI主要供應(yīng)商。

當(dāng)前鋰電池最大問(wèn)題還是在于安全性，因?yàn)殇囯姵乩镱^要有讓鋰離子能夠于其中游走導(dǎo)電的液態(tài)電解液，電極浸于其中，并用隔離膜隔開(kāi)，這種構(gòu)造的問(wèn)題在于，不斷充放電循環(huán)之后，電解液體與固體的交界會(huì)發(fā)生結(jié)晶，導(dǎo)致電池效能下降，甚至可能因結(jié)晶刺破隔離膜，造成電池內(nèi)部短路起火。對(duì)此，近來(lái)不少?gòu)S商開(kāi)始著手發(fā)展固態(tài)電池。由于全固態(tài)電池的正極、負(fù)極、電解質(zhì)全為固態(tài)，因此不用擔(dān)心液體外漏、安全性很高，且僅需數(shù)分鐘時(shí)間就可充好電、遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)行鋰離子電池的數(shù)十分鐘，加上具備大容量化特性，因此充飽一次電可行駛的距離有望提升。尤其，能量密度可以高達(dá)350～500Wh kg，比起三元電池是二倍的躍升。

目前包括豐田、大眾、通用等車廠，以及歐洲四家電池公司Saft Batteries、Siemens、Solvay和Manz AG已于今年二月組成聯(lián)盟，聯(lián)手開(kāi)發(fā)高密度液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池以及固態(tài)電池。此外，日本三菱化學(xué)計(jì)劃在2020年前研發(fā)全固態(tài)電池關(guān)鍵材料固態(tài)電解質(zhì)。不過(guò)，固態(tài)電池目前仍遭遇一些技術(shù)上的難題，例如固態(tài)電解質(zhì)制程良率過(guò)低，使電極與電解質(zhì)之間的介質(zhì)阻抗過(guò)高，影響整體電池的效能，成為當(dāng)前相關(guān)廠商必須克服的難題之一。