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新能源汽車零部件知多少 從原材料到成車到底包括些啥

文章出處:嘉泰金屬制品 人氣:發表時間:2022-3-26

    新能源汽車產業既保持了傳統汽車產業長鏈條的特征,又新增了電池、電機和電控等重要的產業環節。外部環境的變化正在促發汽車產業的新一輪產業變革,新能源汽車是汽車產業升級轉型的重要方向,其需要的資源、生產方式、配套關系以及產業布局也在不斷的發生變化。

    上游原材料

    以鋰、鈷、鎳、石墨、稀土為代表的礦產資源在新能源汽車領域有重要用途,尤其是電池級碳酸鋰是動力電池關鍵原材料之一。而鎂鋁及其合金是汽車輕量化的重要材料。

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    動力電池

    正極材料

    正極材料決定了鋰離子電池的主要性質,如能量密度、循環穩定性、安全性等。正極材料目前主要包括鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料等。目前來看,鋰電池正極遵循著從二元材料向三元材料的發展趨勢。松下NRC18650B的正極材料是鎳鈷鋁三元材料,俗稱NCA。通過引入Ni含量可提高材料的容量,而松下NRC18650B正是提高了Ni含量(摩爾分數80%)從而使電池從原來的2.9Ah提高到了3.3Ah左右,能量密度大大提升。同時受益于三元協同效應,NCA正極材料綜合了LiNiO2和LiCoO2諸多優點,性能比使用單一材料優越。而且,該材料用鈷量較少,成本較低。

    鋰電負極變革趨勢:硅基負極

    Si基負極材料更大的有事在于極高的理論能量密度(4200mAh/g),遠高于石墨。這也符合新能源汽車對電池的要求。從目前趨勢上看,未來負極材料的發展方向先向硅基+石墨,最后將由純硅/金屬鋰完全取代低能量密度的石墨。

    硅基負極材料更大的不足就是膨脹問題,充電后易膨脹碎裂,無法復原,導致材料最終出現粉末化,大大縮短了電池壽命。在充放電過程中會有300%的膨脹,而相同條件下石墨只有7%,目前松下新研發的碳硅基復合材料負極中硅的含量達到了10%,可以看出隨著技術水平的進步還有很大的發展空間。

    負極材料

    鋰離子電池的負極是由負極活性物質碳材料或非碳材料、粘合劑和添加劑混合制成糊狀膠合劑均勻涂抹在銅箔兩側,經干燥、滾壓而成。負極材料主要分為碳材料(石墨類)、金屬氧化物材料以及合金材料。動力電池市場爆發以來,相比于其他材料而言,負極材料價格相對穩定,技術路線以石墨類為主,不存在很大的爭議。目前負極材料主要以天然石墨和人造石墨為主,兩者性能有著各自的優缺點,應用領域也有所不同。

    隔膜

    隔膜的主要作用是保障正負極分開的情況下鋰離子自由流通,是保障電池安全的更重要部分之一。隔膜能有浸潤在電解液中,而且表邊上有大量允許鋰離子通過的微孔。微孔密度以及材料選擇、厚度等等特性都會影響鋰離子穿過隔膜的速度從而影響電池性能。據估計,鋰電池中隔膜的耗用量大致為20m2/kWh。

    隔膜未來比較有前景的方向:涂覆隔膜

    涂覆隔膜是指在基膜上涂布PVDF等膠黏劑或陶瓷氧化鋁。涂覆隔膜的作用是:1、提高隔膜耐熱收縮性,防止隔膜收縮造成大面積短路;2、涂覆材料熱傳導率低,防止電池中的某些熱失控點擴大形成整體失控。

    電解液

    電解液,在鋰離子電池中是作為帶動鋰離子流動的載體,對鋰電池的運行和安全性具有舉足輕重的作用。根據推算,在電解液的成本構成中,溶劑約占30%,添加劑約占10%,主要的成分溶質約占60%。市場上的溶質以六氟磷酸鋰(LiPF6)為主,松下NCR18650電池也選用了六氟磷酸鋰作為溶質,每kWh鋰電池需要0.15kg的六氟磷酸鋰。六氟磷酸鋰同樣可以通過碳酸鋰制備。

    電解液未來比較有前景的方向:高電壓電解液

    提高電池能量密度乃是鋰電池的趨勢之一,目前提高能量密度的方法主要有兩種:一種是提高傳統正極材料的充電截止電壓,如將鈷酸鋰的充電電壓提升至4.35V、4.4V。但靠提升充電截止電壓的方法是有限的,進一步提升電壓會導致鈷酸鋰結構坍塌,性質不穩定;另一種方法則是開發充放電平臺更高的新型正極材料,如富鋰錳基、鎳鈷酸鋰等。正極材料的電壓提升后,需要與之配套的高電壓電解液,添加劑對電解液的高電壓性能起到關鍵作用,其成為近年來的研發重點。

    銅箔

    按生產工藝不同,銅箔又分為壓延銅箔和電解銅箔,壓延銅箔一般用作建筑裝飾材料。由于童博的導電性良好、質地較軟、延展性好易加工變形,它也是制作鋰電池負極集流體的****材料。鋰離子電池集流體的功用是將電池活性物質產生的電流匯集起來,以便形成較大的電流輸出,因此集流體應有較低的比表面能從而抑郁活性物質充分接觸,且有著優良的導電性。

    目前,國內外大部分鋰電池生產廠家都采用電解銅箔作為鋰電池的負極集流體。近年來,新能源汽車快速發展,導致新能源汽車所需的鋰電池的需求量也快速增大,而銅箔是鋰電池的重要原材料,其需求量當然也隨之增大,所以新能源汽車的發展帶動了鋰電銅箔的發展,對整個銅箔產業產生了不可忽視的影響。

    鋁塑膜

    鋁塑膜是由外層尼龍層/粘合劑/中間層鋁箔/粘合劑/內層熱封層構成的多層膜,是軟包鋰電池的封裝材料。

    高質量的鋁塑復合膜的研制和開發是液態軟包裝鋰離子電池這一高新技術產品研制成功的關鍵。作為液態軟包裝鋰離子電池外殼,該鋁塑復合膜不再僅僅是電池的簡單外包裝,而且是構成液態軟包裝鋰離子電池的一個不可缺少的重要組成部分。

    鋁塑膜具有極高的阻隔性、良好的冷沖壓成型性、耐刺穿性、耐電解液穩定性和耐高溫、絕緣性強等特點。

    導電劑

    隨著鋰電池的商品化越來越廣泛,鋰電池的電池在正極材料表面的充放電過程是當電池放電的時候,處于孔中的鋰離子進入正極活性物質中,如果電流加大則極化增加,放電困難,這樣電子間的導電性就較差,光靠活性物質本身的導電性是遠遠不夠的,為了保證電極有良好的充放電性能,在極片制作時通常加入一定量的導電劑,在活性物質之間與集流體起到收集微電流的作用。

    中國新能源汽車產業圖譜

    11月10日,中汽協公布了10月新能源汽車產銷分別完成9.2萬輛和9.1萬輛,同比分別增長85.9%和106.7%。其中純電動汽車產銷均完成7.7萬輛,同比分別增長76.3%和95.8%;插電式混合動力汽車產銷均完成1.4萬輛,同比分別增長163.6%和194%。

    1-10月,新能源汽車產銷分別完成51.7萬輛和49.0萬輛,同比分別增長45.7%和45.4%。其中純電動汽車產銷分別完成42.7萬輛和40.2萬輛,同比分別增長54.7%和55.9%;插電式混合動力汽車產銷分別完成9萬輛和8.8萬輛,同比分別增長14%和11.2%。

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