解密巴斯夫构建的电池材料帝国版图
尽管新冠影响尚在持续,但国际化工巨头、全球最大汽车用化学品供应商巴斯夫位于欧洲的电池材料工厂的建设与准备工作还是在如期推进
2020-06-18 | 出处: 昂扬汽车 | 责编: 夏晓鹏
尽管新冠影响尚在持续,但国际化工巨头、全球最大汽车用化学品供应商巴斯夫位于欧洲的电池材料工厂的建设与准备工作还是在如期推进。巴斯夫预测,在持续增长的电动汽车市场需求推动下,对于高镍镍钴锰和镍钴铝材料的需求量将会越来越多。
随着地基浇筑完成,巴斯夫位于芬兰哈尔亚瓦尔塔(Harjavalta)的正极材料前驱体(PCAM)工厂正式启动地面建设。此外,巴斯夫位于德国施瓦茨海德(Schwarzheide)的正极活性材料(CAM)工厂也已获得施工许可。
新建的两家电池材料工厂计划于2022年投产,初始产能目标是每年为约40万辆纯电动汽车提供巴斯夫电池材料。巴斯夫希望借助该项目为欧洲电池生产商和汽车制造商客户提供可靠、可持续的本地电池材料供应。
而巴斯夫的目标则是成为全球领先的汽车行业高能量密度正极活性材料供应商,在全球范围内构建电池材料的生产网络,以此来满足不断发展的市场需求。
巴斯夫的产业布局版图
这些年,为了满足快速增长的电动汽车动力电池市场对正极活性材料的需求,在电池材料领域,巴斯夫不断进行着广泛的布局。目前,巴斯夫已经建立了全球正极活性材料研发和生产网络,并在日本和美国设有镍钴锰材料的生产基地。
2012年,巴斯夫投资 5000 万美元收购了亚利桑那州图森市电池技术和工程公司 Sion Power 的股权。通过这一类型的合作,巴斯夫在新一代电池材料体系解决方案的研发中保持领先,开发出了Licerion® 高能锂金属负极材料。
此外,巴斯夫还与卡尔斯鲁厄理工学院 (KIT) 达成合作,双方共同成立电池及电化学实验室 (BELLA),开发创新型材料并进行持续优化。作为巴斯夫全球电化学以及电池业务研发网络的有机组成部分,BELLA实验室将基础理论研究与由市场应用驱动的材料及电芯组件项目相结合,进行新一代动力电池材料体系的研究。通过与学术机构及私人合作伙伴的合作,巴斯夫参与了众多研究项目,其中的部分项目由德国联邦教育和研究部以及德国联邦经济和技术部资助,并共同实施。
2018年3月,巴斯夫与户田工业正式签订了成立“巴斯夫户田美国有限责任公司”(以下简称巴斯夫户田美国公司)的相关协议。新公司生产并销售面向电动交通应用的高能镍钴锰酸锂(NCM)及镍钴铝酸锂(NCA)正极活性材料,主要由巴斯夫控股并管理,分别在美国的俄亥俄州和密歇根州设立有两座生产基地。
户田工业成立于1933年,是一家日本制造化学业的上市公司,专门从事正极材料的生产,除手机用途外,目前向汽车、大型蓄电池用途扩展,开发了能使用于多种用途的锂离子电池的正极材料。经过长年独自研究纳米技术,户田工业开发生产了能控制组分,形貌,粒度,分布,表面性等高品质的正极材料,产品种类包括钴系、镍系、锰系、三元系、铁系。
此次合作是巴斯夫与户田工业的第二次合作,双方曾于2014年年底对外宣布将在日本设立合资公司开展锂电池正极材料业务。该合资公司将被命名为“巴斯夫户田电池材料有限责任公司”,其中巴斯夫持股66%,户田工业持股34%,总部位于东京,生产基地位于日本山口县小阳小野田市和福冈县北九州市,于2015年2月底投产,主要致力于镍钴铝酸锂(NCA)、锰酸锂(LMO)、镍钴锰酸锂(NCM)等正极材料的研发、生产和销售,这些材料可用于生产汽车、消费类电子产品和储能市场所需的锂电池。2017年,巴斯夫户田电池材料有限责任公司在日本建立了全球最大的高镍正极活性材料煅烧装置,并将巴斯夫日本小野田生产基地的镍钴铝产能扩大至原来的三倍,以满足日益增长的客户需求。
2014年2月,巴斯夫在日本兵库县尼崎市的尼崎研发中心新设了“尼崎研发中心电池材料研究所”,专注于电池正极材料和电解液的研发。巴斯夫很重视日本电池材料市场,认为在日本拥有基地至关重要,之所以选择落户在尼崎市,主要是因为尼崎离关西和关东的企业都很近。此外,尼崎市所在的兵库县是“日本西部电池产业聚集地”,松下和原三洋电机电池工厂都在兵库县,而且,与兵库县相邻的京都府则拥有为三菱汽车供应电池的GS汤浅。
如果说进军日本是巴斯夫电池材料业务增长战略的重要布局,那么,户田美国公司的成立则是巴斯夫在电池材料业务领域的又一项战略举措。2018年,巴斯夫开始为一些关键的(电动)汽车平台供应电池材料,同时也在积极推进全球所有主要(电动)汽车平台的供应认证。北美业务扩张进一步巩固了巴斯夫的战略供应地位,通过位于俄亥俄州和密歇根州的两座生产设施,巴斯夫户田美国公司不但拥有锂电池正极材料制造领域领先的专业知识,其所生产的创新正极材料还可以迅速满足全球关键客户的需求。
巴斯夫的技术布局版图
电动汽车的核心是电池,电池的核心则是电芯单元,电芯的性能对于推动电动交通的发展至关重要。电芯单元由负极和正极活性材料组成,其中负极由石墨制成,石墨是碳的天然状态,具有层状结构。正极活性材料是由含锂的混合金属氧化物组成。
电池充电时,锂离子从正极的晶体结构中移出,流向负极。这些具备高纯度、独特形貌和优异电化学性能的高性能正极活性材料可以为电池提供更高的能量密度,从而延长电动汽车的续航里程。因此,正极活性材料是决定电动汽车动力电池性能的关键因素之一。
巴斯夫的研究人员采用多种方法来提升材料的特性,包括调节金属的组成、材料颗粒的大小与分布、孔隙度和表面特性等,这些都对正极活性材料的性能起着决定性的影响。巴斯夫使用小型测试电池对材料进行研究和检测,在这个过程中,每天可以生成超过 7000 万的数据。通过机器学习与超级计算机 Quriosity 能帮助巴斯夫的研究人员预测并分析材料特性,加速其研究过程。
因此,巴斯夫正极活性材料产品组合具有能量密度高、安全性好和效能高的特性,并可根据应用的需求进行量身定制。从传统的镍钴锰111混合材料到高镍镍钴锰721和镍钴锰811,巴斯夫锂离子电池正极活性材料HED™ 镍钴锰系列包括多个牌号不同镍含量的产品。通过选用多种包覆和掺杂技术,巴斯夫镍钴锰正极活性材料能够最大限度地满足客户的应用需求,如提高安全性、延长使用寿命、提高容量和能量密度,以及改善化学稳定性。
除了 HED™ 镍钴锰产品系列之外,巴斯夫还是美国能源部 (DOE) 阿贡国家实验室镍钴锰正极活性材料专利的授权供应商之一。该类材料由锂与富锰混合金属氧化物组合而成。在巴斯夫镍钴铝产品系列中,高镍镍钴铝产品已经实际应用在了量产的电动汽车车型中。通过与领先的电池制造商密切合作,巴斯夫推出了超过90mol% 镍含量的镍钴铝产品牌号。
不仅仅只关注电池材料,事实上,对于电池制造商来说,安全高效地组装电芯单元、模块和电池组也是一项工艺挑战。而巴斯夫的材料和技术可用于轻量化电池包,提高设计的灵活性,并实现组件和功能的集成。
此外,电池组的使用寿命设计通常超过 10 年,因此电池外壳需要能够承受各种极端环境,并且经久耐用。巴斯夫的电池组包装技术和理念建立在利用热塑性强化塑料取代金属结构的长期成功经验上。使用工程塑料制成的外壳可减少高达40%的重量,电池制造商还可以通过功能集成和节省工具使用来进一步降低成本。
同时,电池组通常使用电池框架来支持模块的组装,而巴斯夫Ultramid® 热塑性塑料具有高强度、耐高温的特性,轻巧又坚固的设计,提高耐用性并延长了电池组的使用寿命。
尽管从来没有对外透露过其在电池材料领域的具体投资和收益,但显然,巴斯夫已经做好了应对市场需求激增的充分准备。