Hive Energy aterrizó por primera vez y se lanzaron baterías sin cobalto por primera vez.
Después de las baterías de fosfato de hierro y litio, las baterías ternarias y las baterías de estado sólido, empresas como Contemporary Ampere Technology Co., Ltd., Panasonic y LG Chem están implementando tecnología de baterías sin cobalto. -Tecnología de baterías sin cobalto en febrero de este año.
Entre todas las empresas que se están pronunciando actualmente, Honeycomb Energy, un nuevo proveedor de baterías eléctricas surgido del Great Wall Group, se ha convertido en la primera empresa en lanzar productos de baterías sin cobalto.
En mayo de 2018, Yang Hongxin, presidente de Honeycomb Energy, lanzó dos productos de baterías sin cobalto: ¿batería de 115 Ah y? ¿L6? Batería larga de hoja fina sin cobalto.
Basado en estas dos baterías, utilizando las ventajas de la tecnología de material monocristalino sin cobalto de Honeycomb Energy, la tecnología de diseño de batería laminada, la tecnología de diseño de paquete de matriz y la tecnología de fabricación de baterías de IA de grado automotriz, el crucero del vehículo ¿El rango es superior? 800 km, la duración de la batería en 2005 alcanzó 65.438+200.000 km.
Por lo tanto, es necesario aclarar varias preguntas: ¿Por qué los proveedores de baterías eléctricas se apresuran a implementar baterías sin cobalto? ¿Cómo se implementa la tecnología de energía celular? ¿Cuál será la futura estructura del mercado de baterías sin cobalto?
1. Enfermedad cardíaca de las baterías sin cobalto
La mayoría de los vehículos eléctricos puros actuales, especialmente los turismos, están equipados con baterías ternarias.
Existen dos tipos de materiales de electrodos negativos para estas baterías ternarias. Uno está compuesto principalmente de níquel, cobalto y manganeso. Los productos de batería son NCM523 y NCM811.
Cálculos exhaustivos muestran que el contenido de cobalto del material del cátodo es del 12 % y del 7 % respectivamente. La mayoría de las empresas de automóviles equiparán estos dos productos de baterías.
El otro está compuesto principalmente por níquel, cobalto y aluminio. Los productos de baterías son principalmente NCA, con un contenido de cobalto inferior al 10%. Los productos de batería están equipados principalmente con Tesla.
Las empresas de automóviles y los proveedores de baterías que se centran principalmente en baterías ternarias prestan especial atención al cobalto en los materiales catódicos.
Por un lado, el cobalto es indispensable.
Es un elemento esencial en las baterías de potencia NCM y NCA de cátodo en capas más utilizadas porque puede formar bien una estructura en capas y mejorar la conductividad electrónica del material del cátodo. Mejorar las características de velocidad del material del cátodo. y estabilizar el níquel inestable.
El cobalto, en cambio, es caro.
Entre los materiales catódicos de litio, níquel, cobalto y manganeso, el cobalto tiene el precio más alto, que ha pasado de 20.000 dólares/tonelada en 2065.438+00 a 90.000 dólares/tonelada en 2065.438+. 08. .
Cuando los consumidores quieren comprar un vehículo puramente eléctrico, el coste de las baterías suele representar entre el 30% y el 40%.
Si se desmantela más, el material del cátodo de la batería representará aproximadamente el 40% del costo de la batería. Una parte importante del dinero que gastan los consumidores se destina a pagar el cobalto.
Detrás del rápido aumento de los precios, el cobalto todavía tiene muchos problemas, como bajas reservas, una distribución excesivamente concentrada y la explotación del trabajo infantil durante el proceso minero.
Si gastas 200.000 yuanes para comprar un coche eléctrico puro, incluso la más mínima posibilidad de ser explotado como trabajador infantil a miles de kilómetros de distancia probablemente resulte insostenible.
A diferencia de las consideraciones de los consumidores, los proveedores de baterías están más preocupados por el suministro y el coste sostenibles.
Actualmente, las reservas mundiales de cobalto son de aproximadamente 765.438+ millones de toneladas, concentradas principalmente en la República Democrática del Congo, Australia y Cuba.
Debido a que las reservas están demasiado concentradas, el impacto sobre los proveedores ya ha aparecido.
2065438+En julio de 2008, Panasonic, entonces proveedor exclusivo de baterías de Tesla, anunció que suspendería su relación de suministro con un proveedor canadiense de cobalto cubano porque Cuba estaba bajo sanciones de Estados Unidos en ese momento.
Por lo tanto, cómo reducir el contenido de cobalto en las baterías, o incluso eliminarlo directamente del material catódico, ha sido una preocupación constante para muchos proveedores de baterías.
2. Apuesta por la electricidad sin cobalto
La teoría de investigación y desarrollo de baterías sin cobalto existe desde hace unos 20 años, pero no ha habido un plan maduro.
La dificultad aquí es cómo encontrar un metal que reemplace al cobalto y cómo resolver muchas tecnologías químicas finas en el proceso de fabricación, como la tecnología de recubrimiento, la tecnología de dopaje, el control del proceso de sinterización, etc.
Entonces, ¿por qué Honeycomb Energy, que afirma ser una “nueva fuente de energía para baterías de litio”, tomó la iniciativa en el lanzamiento de baterías sin cobalto?
Ahora parece que gran parte del motivo es que la empresa centró sus recursos en la investigación y desarrollo de baterías sin cobalto en una fase inicial.
Según Yang Hongxin, Honeycomb Energy ha invertido muchos recursos en la etapa inicial de investigación y desarrollo de baterías sin cobalto, y solo la inversión en fondos de I+D ha alcanzado decenas de millones de yuanes.
Frente a los gigantes contemporáneos de las baterías eléctricas como Ampere Technology, BYD y Guo Xuan Hi-Tech, como novato en baterías eléctricas, Honeycomb Energy necesita tecnologías profundamente innovadoras.
Antes de que Contemporary Amperex Technology Co., Ltd. llegara a BYD, comenzar con el embalaje del paquete de baterías no era una buena opción. Las únicas variables que quedan son las baterías y los módulos. La innovación de los materiales de los cátodos de las baterías es el trabajo más difícil e influyente.
El predecesor de Honeycomb Energy es la división de baterías eléctricas de Great Wall Motors.
Great Wall comenzó el trabajo de investigación previa sobre baterías en 2012 y estableció la división de baterías en febrero de 2016. En febrero de 2018, la división de baterías se convirtió de forma independiente en Honeycomb Energy Technology Co., Ltd.
Actualmente, el mayor accionista de Honeycomb Energy es Wei Jianjun, presidente de Great Wall Motors.
Se informa que los productos de baterías sin cobalto de Honeycomb Energy se establecieron oficialmente en marzo de 2018.
A partir del 2065438 de julio de 2009, Honeycomb Energy anunció la finalización de la investigación y el desarrollo de tecnologías clave sin cobalto y lanzó por primera vez el primer producto de batería del mundo basado en materiales sin cobalto. Hoy se lanzaron dos productos de batería y todo el proceso tomó más de dos años.
3. Prueba de seguridad aprobada
Echemos un vistazo a dos productos de Honeycomb Energy:
El primer producto es una batería de 115 Ah.
Esta batería se puede instalar en la mayoría de las plataformas actuales de vehículos eléctricos puros. El paquete de baterías puede alcanzar una vida útil ultralarga de 15 a 12 000 kilómetros y se lanzará en junio de 2021 (SOP).
El segundo producto es la batería larga sin cobalto de placa delgada L6 con una capacidad de 226Ah.
Esta batería se está desarrollando actualmente con los modelos de alta gama de Great Wall Motors y se lanzará en la segunda mitad de 2021 (SOP).
Esta celda de batería adopta un diseño de paquete de matriz de energía en forma de panal y tiene una duración de batería de hasta 880 kilómetros. La razón por la que esta batería puede alcanzar una duración tan alta es porque la capacidad de la batería puede alcanzar los 135 kWh.
Como nuevo tipo de producto de batería, las baterías sin cobalto deben pasar barreras de seguridad.
Se entiende que las baterías sin cobalto de Honeycomb Energy han pasado todas las pruebas de seguridad de las normas nacionales (GB/T-31485) y europeas (IEC62660).
Los resultados muestran que el rendimiento de seguridad de sus productos de batería es mejor que el de las baterías ternarias con alto contenido de níquel.
Cabe señalar que las especificaciones de prueba estándar nacionales y europeas se prueban a 130 °C, y el estándar de juicio es que no se incendiará ni explotará.
¿Tres yuanes con alto contenido de níquel? La prueba de caja caliente a 140 ℃ muestra que las baterías ternarias ordinarias con alto contenido de níquel se incendian después de permanecer a 140 ℃ durante media hora.
¿Hay baterías sin cobalto en la colmena? No habrá fuego después de permanecer media hora a 150°C.
Tomemos como ejemplo la estabilidad térmica. La energía Honeycomb pasó la prueba de caja caliente a 150 °C, lo que es significativamente mejor que las baterías ternarias con alto contenido de níquel.
Actualmente, las baterías sin cobalto de Honeycomb Energy han entrado en la etapa de prueba de lotes pequeños a nivel de toneladas.
Entonces, ¿cómo logra Honeycomb Energy avances tecnológicos?
4. Revolución en los materiales catódicos
En la investigación y desarrollo de baterías libres de cobalto para energía celular, el enfoque general es diseñar la relación níquel-manganeso y utilizar tecnología de dopaje catiónico. para aumentar el voltaje límite superior del material.
La tecnología de cristal único se utiliza para mejorar la seguridad y la vida útil de la batería, y la tecnología de recubrimiento de nanored se utiliza para mejorar el rendimiento del ciclo bajo alto voltaje. Finalmente, se desarrolló un material monocristalino de manganato de níquel y litio sin cobalto, de alto voltaje y alta capacidad de batería.
En todo el proceso de investigación y desarrollo, hay varias tecnologías que son cruciales, a saber:
(1) Tecnología de dopaje catiónico.
La función de esta tecnología es aumentar el voltaje límite superior del material, consiguiendo así una densidad energética un 40% superior a la de las baterías de fosfato de hierro y litio. El panal puede reemplazar el cobalto con dos elementos con una energía de enlace químico más fuerte, dopar los dos elementos en el material y estabilizar la estructura cristalina octaédrica del oxígeno a través de fuertes enlaces químicos.
El efecto de esta tecnología es mejorar en gran medida la estabilidad del material y puede funcionar de manera estable a un voltaje de 4,3-4,35 V.
(2)Tecnología monocristal.
A diferencia de las baterías ternarias existentes con alto contenido de níquel que utilizan tecnología policristalina, las baterías sin cobalto de Honeycomb Energy utilizan tecnología monocristalina.
Debido a que el monocristal tiene una fuerza de partícula más fuerte y una estructura más estable que el policristalino, puede mejorar la seguridad y la vida útil de la batería.
Además, es más probable que las partículas de material que utilizan tecnología policristalina se rompan durante el proceso de laminación de la fabricación de la batería, lo que provocará directamente que el electrodo positivo reaccione con el electrolito y produzca una gran cantidad de gas, provocando así una aceleración. deterioro de la duración de la batería y problemas de seguridad. La estructura de los materiales monocristalinos es muy estable, lo que puede prolongar la vida útil.
Yang Hongxin reveló que la duración de la batería puede ser un 70% más larga que la de las baterías ternarias policristalinas con alto contenido de níquel.
(3) Tecnología de recubrimiento de nanored.
Con el material del cátodo, Honeycomb Energy también utiliza tecnología de recubrimiento de nanoredes en la síntesis de materiales, cubriendo la superficie del monocristal con una capa de nanoóxido, lo que reduce la reacción entre el material del cátodo y el Electrolito. Rendimiento del ciclo mejorado de los materiales de la batería bajo alto voltaje.
Completar el desarrollo de los materiales del cátodo es un requisito previo, y el siguiente paso es completar el diseño de la batería y el PACK.
El diseño de la batería de Honeycomb Energy utiliza baterías de tecnología apilada. Las baterías que utilizan tecnología de diseño laminado pueden mejorar la utilización del espacio de volumen interno de las baterías cuadradas. La estructura en capas puede hacer que las piezas polares sean más planas, con una tensión más uniforme y una menor expansión y deformación. Finalmente, puede mejorar la densidad de energía y el ciclo de vida.
En términos de diseño del paquete de baterías, el paquete de baterías de Honeycomb Energy adopta un diseño de matriz. El paquete de baterías está dividido en dos rejillas de matriz, y las baterías largas sin cobalto se colocan regularmente dentro de la rejilla. Forme un gran módulo matricial. Las matrices están interconectadas e independientes, lo que garantiza la rigidez de todo el módulo de la matriz en condiciones normales de trabajo.
En condiciones de trabajo extremas no convencionales, como colisiones laterales, la fuerza del impacto se puede dispersar a través de múltiples baterías para garantizar la seguridad del paquete de baterías y de todo el vehículo.
A juzgar por los métodos de diseño de celdas y paquetes de baterías existentes, las baterías sin cobalto de Honeycomb Energy no se despiden de los métodos de composición tradicionales, como las celdas de batería, los módulos de batería y los paquetes de baterías.
El paquete de baterías sin cobalto de Honeycomb Energy logra el efecto de reducir el peso del paquete de baterías a través del diseño de estructura matricial de PACK.
Según Yang Hongxin, ¿puede hacerlo la batería sin cobalto de Honeycomb Energy? La eficiencia de la celda del 80 % de CTP es mayor que la de las celdas CTP y blade lanzadas anteriormente.
5. El impacto de las baterías sin cobalto
Desde una perspectiva técnica, las actuales Amperex Technology Co., Ltd., Limited CTP Technology, BYD Blade Battery Technology y Tesla en el mercado La tecnología sin cobalto (o tecnología de fosfato de hierro y litio) cambia principalmente el método de embalaje de la batería.
La tecnología de baterías sin cobalto lanzada por Honeycomb Energy se basa en el material catódico de celdas individuales y la innovación es más exhaustiva.
Entonces, ¿a quién afectarán las baterías sin cobalto de Hive Energy?
Ahora, los proveedores de baterías eléctricas que desarrollen baterías ternarias tendrán un cierto impacto en la cadena de suministro ascendente de productos de cobalto, como Contemporary Ampere Technology Co., Ltd. y BYD.
Los proveedores de baterías que producen principalmente baterías de fosfato de hierro y litio también se verán afectados en cierta medida por las baterías sin cobalto.
Xuan Guoliang, profesor de ingeniería energética en la Universidad de Hanyang en Corea del Sur, cree que el resultado más directo del desarrollo de baterías sin cobalto es reducir los costos de las baterías. Se espera que la estructura en capas más utilizada en materiales catódicos en el futuro sean los materiales de níquel-manganeso.
En otras palabras, después de eliminar el cobalto del material del cátodo de la batería NCM, solo queda níquel manganeso (NiMn), y el modelo de producción sigue siendo similar al modelo de producción existente de NCM y NCA.
Bajo la premisa de garantizar la densidad energética de la batería, las baterías de níquel-manganeso que no contienen cobalto de alto coste son sin duda más competitivas.
Antes de que Honeycomb Energy lanzara su batería sin cobalto, Tesla ya había revelado su plan anual "libre de cobalto" en un correo electrónico a los accionistas en mayo de 2018, y planeaba lanzarlo en el Día de la Batería de Tesla en 2020. Divulgación.
En mayo de este año, Zeng Yuqun, presidente de Contemporary Ampere Technology Co., Ltd., dijo que Contemporary Ampere Technology Co., Ltd. también tiene sus propias reservas de tecnología de baterías "libres de cobalto". En la actualidad, la investigación y el desarrollo avanzan sin problemas y estamos trabajando arduamente para mejorar la cadena de suministro, "porque se trata de un producto nuevo y disruptivo".
Ahora que Honeycomb Energy es el primero en lanzar tecnología de baterías sin cobalto, los desarrolladores en el mismo camino deberían sentir la presión.
Este artículo es de Autohome, el autor de Autohome, y no representa la posición de Autohome.