鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:563次 | 2023年08月26日
韓國(guó)動(dòng)力鋰電池技術(shù)發(fā)展相關(guān)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)
文/郭苑方凱正王培朱成孫興起,我國(guó)汽車技術(shù)研究中心有限公司LG化學(xué)(我國(guó))投資有限公司,《電源技術(shù)》
韓國(guó)的新能源汽車和動(dòng)力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)起步早?規(guī)模集中,并且政府重視核心零部件體系開發(fā),從2014年開始推行以發(fā)展電動(dòng)汽車(EV?PHEV)?混合動(dòng)力汽車(HEV)以及氫能汽車(FCV)為核心的綠色環(huán)保汽車計(jì)劃。截止2018年,共計(jì)生產(chǎn)環(huán)保汽車接近29萬臺(tái)。政府提出到2020年綠色環(huán)保汽車(xEV)保有量實(shí)現(xiàn)100萬輛的目標(biāo),到2030年,所售1/3新車將是電動(dòng)汽車或者氫燃料動(dòng)力鋰電池汽車,并占據(jù)全球新能源汽車市場(chǎng)10%的份額。
本文通過分析韓國(guó)動(dòng)力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的技術(shù)發(fā)展情況以及龍頭公司的發(fā)展特點(diǎn),研究韓國(guó)動(dòng)力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)基于技術(shù)優(yōu)勢(shì)的“走出去”發(fā)展戰(zhàn)略,為我國(guó)動(dòng)力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)提升及國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力加強(qiáng)供應(yīng)啟示和參考。
1)韓國(guó)動(dòng)力鋰離子電池技術(shù)路線圖和全固態(tài)電池研究計(jì)劃
1.1動(dòng)力鋰離子電池技術(shù)路線圖
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
2018年韓國(guó)電池產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)制定了動(dòng)力鋰離子電池路線圖以及四大關(guān)鍵材料路線圖,分別從2018年?2020年?2023年和2025年4個(gè)階段設(shè)定了電池單體?正負(fù)極材料?電解液及隔膜等相關(guān)技術(shù)目標(biāo),引導(dǎo)動(dòng)力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。表1為韓國(guó)動(dòng)力鋰離子電池路線圖。
正極材料路線圖提出要開發(fā)能量密度高?穩(wěn)定性能好的正極材料,到2025年正極材料的比容量將達(dá)到220mAh/g。表2為韓國(guó)動(dòng)力鋰離子電池正極材料路線圖。
負(fù)極材料路線圖提出要開發(fā)硅碳負(fù)極材料以及金屬系負(fù)極材料,改善循環(huán)壽命,到2025年負(fù)極的體積比容量將達(dá)到740mAh/cm3。表3為韓國(guó)動(dòng)力鋰離子電池負(fù)極材料路線圖。
電解液路線圖提出要開發(fā)高電壓?穩(wěn)定性好的電解液材料,在氧化電壓?電導(dǎo)率方面設(shè)定目標(biāo),到2025年電解液的氧化電壓將達(dá)到4.8V。電導(dǎo)率δ(S/m),與電阻率ρ(Ω·m)呈倒數(shù)關(guān)系。表4為韓國(guó)動(dòng)力鋰離子電池電解液材料路線圖。
隔膜材料路線圖在隔膜的厚度和熱收縮率方面提出要求,到2025年隔膜的厚度將降低至14pm,熱收縮率降至5%。表5為韓國(guó)動(dòng)力鋰離子電池隔膜材料路線圖。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無人設(shè)備
1.2全固態(tài)電池研究計(jì)劃
韓國(guó)計(jì)劃在2025年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池商業(yè)化的目標(biāo)。目前,全固態(tài)電池技術(shù)開發(fā)重要聚焦在全固態(tài)電解液的支撐體系,包括高離子電導(dǎo)性全固態(tài)電解液開發(fā)?電極界面接合技術(shù),提高聚合物系?復(fù)合系?氧化物系固態(tài)電解液的穩(wěn)定性技術(shù),正負(fù)極與電解液界面電阻最小化的復(fù)合電極技術(shù)?10(-4)S/cm以上離子電導(dǎo)率的固態(tài)電解液技術(shù)等。
而全固態(tài)電池用正負(fù)極技術(shù)開發(fā)支撐體系則包括高電壓/高容量正極及高容量負(fù)極技術(shù),1000mAh/g以上高容量正極材料或者高電壓(5V)正極材料技術(shù),鋰金屬及合金系負(fù)極材料技術(shù)等。通過開發(fā)高容量的正負(fù)極電極,可以將電池的比能量提高到330Wh/kg(900Wh/L)以上。
2)韓國(guó)動(dòng)力鋰離子電池技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
不同于我國(guó)動(dòng)力鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行方式,韓國(guó)實(shí)行的是公司自我檢測(cè)制度。韓國(guó)動(dòng)力鋰離子電池相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)共11個(gè),除電動(dòng)客車用電池標(biāo)準(zhǔn)以外,其他均參考國(guó)際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定,重要內(nèi)容與我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)類似,但不具有強(qiáng)制性,如表6所示。韓國(guó)動(dòng)力鋰離子電池公司在國(guó)家通用標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上又制定了多項(xiàng)公司內(nèi)部的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn),這些標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)苛程度以及細(xì)化程度遠(yuǎn)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),公司投放市場(chǎng)的產(chǎn)品必須經(jīng)過充分的試驗(yàn)和驗(yàn)證,這也為韓國(guó)動(dòng)力鋰離子電池公司的產(chǎn)品打開歐美汽車強(qiáng)國(guó)市場(chǎng)供應(yīng)了有力的技術(shù)支撐。據(jù)統(tǒng)計(jì),歐美排名前10的電動(dòng)汽車生產(chǎn)廠家有9家都與韓國(guó)動(dòng)力鋰離子電池公司形成了合作關(guān)系。
3)韓國(guó)動(dòng)力鋰離子電池基于技術(shù)優(yōu)勢(shì)的“走出去”發(fā)展戰(zhàn)略分析和啟示
由于韓國(guó)新能源汽車市場(chǎng)規(guī)模不大,本土動(dòng)力鋰離子電池公司重要深耕歐美高端車企市場(chǎng),實(shí)行“走出去”發(fā)展戰(zhàn)略,例如LG化學(xué)公司與通用?大眾等公司深度合作,三星SDI深度合作BMW等公司,SK則與奔馳合作緊密。從產(chǎn)品性能來看,LG與SKI開發(fā)的長(zhǎng)尺寸大容量電芯,能量密度高,能夠靈活匹配車型,適合乘用車的布置空間,受到國(guó)外車企的好評(píng)和青睞。
3.1研發(fā)實(shí)力強(qiáng),技術(shù)專利多
韓國(guó)動(dòng)力鋰離子電池龍頭公司深耕研發(fā)領(lǐng)域,技術(shù)人員占比高,專利數(shù)量多。根據(jù)萬象云網(wǎng)站的數(shù)據(jù),截止2019年十一月二十五日,LG化學(xué)在電池領(lǐng)域的專利檢索結(jié)果為17906項(xiàng),三星SDI為22765項(xiàng)。其中,三星SDI在方形電池針刺安全保護(hù)裝置?過充安全保護(hù)裝置?安全功能層和泄壓裝置等方面均擁有核心專利。
2017年LG化學(xué)?三星SDI?SKI等韓國(guó)重要電池公司在鋰離子電池方面的研發(fā)投入分別為35億元?28億元?10億元(同年我國(guó)的寧德時(shí)代在研發(fā)上的投入為16.3億元)。
3.2制造工藝先進(jìn),質(zhì)量管控嚴(yán)格
LG化學(xué)采用可以實(shí)現(xiàn)電池內(nèi)部死角空間最小化的新型層壓工藝,并采用在電芯邊緣灌膠的方式達(dá)到散熱的效果;不斷提高模組的空間利用率,通過減少組裝用的薄鋁板數(shù)量來提高模組的能量密度。與三星SDI的方形電池生產(chǎn)線自動(dòng)化程度達(dá)到100%,并且應(yīng)用先進(jìn)的制造執(zhí)行系統(tǒng),通過數(shù)以百計(jì)的測(cè)量檢查點(diǎn)進(jìn)行檢查,實(shí)現(xiàn)分別跟蹤,在汽車整個(gè)使用周期嚴(yán)控動(dòng)力鋰離子電池質(zhì)量。
3.3產(chǎn)品技術(shù)目標(biāo)設(shè)定清晰
LG化學(xué)重要以NCM622摻雜LMO+石墨的化學(xué)體系為主,正極材料將發(fā)展為NCM712體系,811體系目前用于圓柱電池。計(jì)劃于2020—2022年生產(chǎn)的電池單體比能量將達(dá)到300Wh/kg,體積能量密度將達(dá)到700Wh/L,可以滿足整車500km的續(xù)航里程需求。2023—2024年比能量將達(dá)330Wh/kg,可以滿足整車600km的續(xù)航里程需求。
三星SDI重要以NCM622+石墨的化學(xué)體系為主,也量產(chǎn)NCA+LMO的正極材料。公司將量產(chǎn)體積能量密度達(dá)到630Wh/L的3.5代產(chǎn)品,2021—2022年量產(chǎn)體積能量密度700Wh/L的第4代電池,2023年以后量產(chǎn)的第5代電池的體積比能量會(huì)達(dá)到800Wh/L。2015年三星SDI的全固態(tài)電池試制樣品已經(jīng)可以達(dá)到300Wh/kg(采用硫化物類的固態(tài)電解質(zhì)),而鋰金屬電池?鋰空氣電池重要處于實(shí)驗(yàn)室開發(fā)階段。
2019年,SKI正極材料體系將NCM622升級(jí)為摻雜NCM811的體系,負(fù)極材料在2021—2022年將由石墨升級(jí)為硅碳負(fù)極。2020年電池的比能量目標(biāo)為284Wh/kg,2021年為294Wh/kg,2022年有望達(dá)到314Wh/kg,隨著硅碳負(fù)極的使用在2023年將達(dá)到319Wh/kg。
3.4 韓國(guó)動(dòng)力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略對(duì)我國(guó)的啟示
當(dāng)前,我國(guó)和韓國(guó)已經(jīng)成為世界重要的動(dòng)力鋰離子電池生產(chǎn)國(guó)家,得益于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的貢獻(xiàn),我國(guó)的動(dòng)力鋰離子電池產(chǎn)量規(guī)模已經(jīng)持續(xù)多年位居世界第一;但是,韓國(guó)動(dòng)力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的整體技術(shù)實(shí)力強(qiáng)于我國(guó),尤其表現(xiàn)在行業(yè)龍頭公司數(shù)量?產(chǎn)品質(zhì)量以及合作的國(guó)外車企數(shù)量上,基于對(duì)韓國(guó)動(dòng)力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的技術(shù)分析,對(duì)我國(guó)動(dòng)力鋰離子電池技術(shù)發(fā)展有如下啟示:
(1)加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新:鼓勵(lì)公司加大研發(fā)投入,培育和引進(jìn)國(guó)內(nèi)外動(dòng)力鋰離子電池領(lǐng)軍人才,新增相關(guān)領(lǐng)域的專利儲(chǔ)量,加快新型鋰離子電池和新體系電池的研發(fā)進(jìn)程;
(2)提升動(dòng)力鋰離子電池制造工藝:保證動(dòng)力鋰離子電池的高安全性?高合格率以及低成本和可追溯性。加快實(shí)現(xiàn)全工序的自動(dòng)化和智能化,提升生產(chǎn)一致性和品質(zhì)控制水平;
(3)積極與國(guó)外先進(jìn)車企合作:國(guó)外先進(jìn)車企的造車?yán)砟睿绕涫窃陔妱?dòng)化的整車平臺(tái)和車規(guī)級(jí)動(dòng)力鋰離子電池的技術(shù)要求方面對(duì)動(dòng)力鋰離子電池公司提出了挑戰(zhàn),積極與國(guó)外先進(jìn)車企合作有助于我國(guó)動(dòng)力鋰離子電池公司加深對(duì)車規(guī)級(jí)動(dòng)力鋰離子電池技術(shù)的理解和研究,提高自身的技術(shù)水平;
(4)設(shè)定清晰理性的技術(shù)發(fā)展路線:盡早規(guī)劃布局未來3~5年符合車規(guī)級(jí)的動(dòng)力鋰離子電池的材料技術(shù)體系,分層次穩(wěn)步推進(jìn)下一代動(dòng)力鋰離子電池性能的提升。