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刀片/石墨烯/“無鈷”電池誰才是動力電池的未來

作者:胡挹工 來源:人民網-汽車頻道 發布時間:2020-06-16 瀏覽:
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在今年的全國兩會上,新能源汽車的發展再一次受到國家和代表委員的重視,政府工作報告中提出,將重點支持既促消費惠民生又調結構增后勁的“兩新一重”建設,主要是加強新型基礎設施建設,發展新一代信息網絡,拓展5G應用,建設充電樁,推廣新能源汽車,激發新消費需求、助力產業升級。

目前,我國已經連續數年成為新能源汽車產銷第一的國家,這也推動著我國動力電池產業的發展,我國同樣也已經成為了全球電池供應量最大的市場。電池作為新能源汽車產業發展的核心推動力,已經不僅僅是單純在儲能、能量密度方面的競爭。如何更好地保證電池耐久、可靠、成本以及環保等問題,逐漸成為行業發展新的風向標。

隨著行業需求的增大、技術的進步和競爭的加劇,市場對于電池技術的迭代,也向著多樣化以及技術化發展。近日,電池行業內重磅消息不斷,比亞迪的刀片電池、豐巢集團推出的“無鈷”電池、再加上廣汽宣布石墨烯電池技術取得突破,一時間,電池技術呈現出了“百家爭鳴”的盛景。既牽動著消費者,也影響著資本市場。

2020年上半年:動力電池新技術你方唱罷我登場

2020年上半年,雖然疫情降低了車市的溫度,但動力電池產業的競爭卻呈現白熱化,近日來更是重磅消息不斷。

3月29日,比亞迪正式推出刀片電池,在發布會上展示了電池最為懼怕的針刺測試,并宣稱刀片電池具備的的高安全、長續航、長壽命等特點,將把動力電池的發展路線重新拉回到以安全為本的道路上。

5月13日,廣汽集團旗下的廣汽新能源對外宣布:今年底,石墨烯電池量產研發工作將從實驗室走向實車,廣汽新能源Aion車型將搭載相關技術成果。據悉,“基于廣汽三維結構石墨烯(3DG)材料而研發的“超級快充電池”已經完成電芯、模組、電池包樣件的測試工作,并搭載整車進行了裝車大功率充電測試,電池壽命和安全性均已達到使用標準。據測試,“超級快充電池”僅需8分鐘就可以將電池充電至85%,充電時間與傳統燃油車的加油時間相當。

長城旗下的蜂巢能源科技于5月18日發布了號稱全球第一款無鈷動力電池。這款電池產品,最大的特點是在正極材料中徹底去掉了稀有金屬鈷,使得原來的三元鎳鈷錳酸鋰,變成了二元的鎳錳酸鋰。據介紹,這將有效降低電池的成本,而蜂巢能源總經理楊紅新則在接受記者采訪時表示,無鈷電池在600km-800km續航的細分市場更具競爭力。

而就在6月10日,寧德時代也宣布,準備生產一款壽命達16年、總續航里程達200萬公里的電池。

政策變化導致動力電池產業進入變革期

全國乘聯會副秘書長崔東樹指出,我國新能源汽車動力電池技術的發展,受到政策導向的影響很大。

最初,動力電池領域的技術路線主要集中在磷酸鐵鋰電池。然而到了2012年,隨著國家對電池能量密度提出了明確指標,電池能量密度更高的三元鋰電池被越來越多的汽車廠家應用到新能源汽車產品上。越來越多的汽車廠家為了獲取補貼,開始轉向三元鋰電池。2015年,就連以研發磷酸鐵鋰電池起家的比亞迪都開始采用三元鋰電池,作為新能源汽車產品上的動力電池。

事實上,磷酸鐵鋰和三元鋰電池,都主要指的是電池的正級材料。兩者之間的差別在于,磷酸鐵鋰電池的能量密度較低,但穩定性較高,相對安全,大多用于乘用客車;而三元鋰電池能量密度較高,但成本也較高,因此,在國家和地方補貼都存在時,車企更加愿意將三元鋰電池裝配在新能源汽車上。然而,隨著2019年,國家補貼政策開始大幅度退坡,動力電池行業白名單也隨之取消,車企的選擇再一次發生變化,補貼的退坡意味著車企成本增加,于是此前成本較低的磷酸鐵鋰電池重新獲得車企的青睞;而白名單的取消,導致海外電池供應商加入國內市場競爭,也促進了國內電池企業尋求技術突破,以獲得市場話語權。

這一切,催生出了2020年上半年的這場動力電池競爭的白熱化。崔東樹認為,補貼政策的退坡雖然導致了近一段時間內新能源汽車銷量下滑明顯,但是隨著國家政策的陸續出臺,我國新能源汽車市場正在向著市場為導向的方向發展。近半年來動力電池技術不斷取得新的突破正說明這個問題。

磷酸鐵鋰、石墨烯、無鈷電池究竟哪種技術路線最靠譜

比亞迪的刀片電池讓磷酸鐵鋰電池重新回到了人們的視野當中。此前磷酸鐵鋰在與三元鋰電池的競爭中落在下風,一方面有政策的原因,但另一方面,能量密度低、低溫穩定性不高也確實是劣勢。但是其成本低、穩定性可靠的優點同樣不容忽視。

如今比亞迪的刀片電池,正是磷酸鐵鋰電池基礎上優化改良的結果。簡單來說就是比亞迪把電芯做得更薄更長更扁平化,這樣體積能量密度就大幅提升了(從251Wh/L提升至332Wh/L),續航也就相應提高,第一款搭載刀片電池的比亞迪漢EV綜合工況續航605公里,進入了600km也就意味著進入了目前電池續航能力第一梯隊。在比亞迪發布刀片電池的發布會上,比亞迪董事長王傳福表示,“刀片電池”是在技術糾偏,“正是對電池能量密度不切實際的追求,徹底帶偏了動力電池行業的發展路線,并讓新能源汽車的安全口碑付出了極其慘重的代價?!?

三元鋰電池一直以來的擁躉特斯拉,如今也看上了磷酸鐵鋰電池,國產Model3的短續航版本就將搭載寧德時代提供的磷酸鐵鋰電池。對特斯拉來說,這個版本的Model3續航沒必要干到600km+,最重要的是成本能更低就夠了。只不過不管是比亞迪還是特斯拉/寧德時代,都有一個問題待解,就是磷酸鐵鋰電池的低溫性能差問題。

此外,也有業內人士指出,刀片電池其實只是結構上的創新,也就是說,在更好的工藝水平下,在電池包里中加入更多的電芯,更好的利用電池包的體積和空間,這意味著這樣的改良存在上限。

相比比亞迪刀片電池,廣汽新能源的石墨烯電池則更加令人側目。因為一直以來,石墨烯的產業化一直是未解的難題。

2010年,荷蘭物理學家安德烈·海姆和擁有英國與俄羅斯雙重國籍的物理學家康斯坦丁·諾沃肖洛夫作為石墨烯的發現者獲得了諾貝爾物理學獎。從此石墨烯開始進入大眾視野。2017年,國家工信部制定《十三五材料領域科技創新專項規劃》,將石墨烯材料技術劃為重點發展領域。此后,石墨烯因具備超輕、超高強度、超強導電性等特性,被認為是提高電池充電速度、推動動力電池技術進步的重要技術。一旦石墨烯作為動力電池的工業化方案可行,那么電動汽車充電慢、續航里程不足、以及安全性方面的痛點都能夠迎刃而解。然而石墨烯在實際中,商業化依舊非常困難。業內也有少專家認為,石墨烯電池是僅僅存在實驗室中的技術,工業化進程還難以實現。

不過廣汽新能源堅信石墨烯電池可以從實驗室走向市場。他們對外宣布,基于三維結構石墨烯(3DG)材料的“超級快充電池”,將在今年底搭載在Aion車型上。目前廣汽并未公布石墨烯電池更多的技術細節,僅僅表示8分鐘即可充滿新能源汽車85%的電量,廣汽究竟能否成功,今年年底就將揭曉。

再來看看無鈷電池。事實上,與磷酸鐵鋰類似,導致無鈷電池技術發展的根源,也來自于汽車企業降低成本的需要。無鈷電池指的并非本身就不含鈷的磷酸鐵鋰電池,而是去掉了鈷之后的三元鋰電池。

當前,新能源汽車市場常用電池分別為以鎳鈷錳(NCM)為主要材料的三元鋰電池。然而,公開資料顯示,作為動力電池正極材料中的重要元素之一,鈷不但可以穩定材料的層狀結構,而且可以提高材料的循環和倍率性能。但是鈷在地殼中的含量較低,如果不考慮回收,未來鈷或將供不應求。而隨著新能源汽車保有量的迅速增長,鈷價格也使得電池成本居高不下。有分析指出,盡管目前一些電池的“高鎳低鈷”趨勢滿足了企業的降本需求,但另一方面“高鎳低鈷”可能會導致電池過熱,容易引起燃燒,安全性會受到影響。所以,要做到真正的“無鈷化”,必須要有一定的技術突破。

蜂巢研發的NMX無鈷電池,屬于鎳錳體系無鈷電池的一種,去掉了鈷之后提高鎳比例,再摻雜其他元素,改善熱穩定性,再通過包覆物質提升工作電壓,進而提升能量密度。事實上,這種鎳錳體系無鈷電池許多企業都在做,包括寧德時代,甚至特斯拉也在自行研發。但區別是這其中的元素和配比,各家企業都需要大量的試錯和調整,找到最優方案。長城集團旗下的蜂巢科技最早宣布了這項技術的量產化,據悉最終的成果L6薄片無鈷長電芯,壽命達到15年120萬公里,綜合續航880km,相關負責人表示明年下半年能夠量產。

業內人士分析指出,目前動力電池技術多種路線的產生,恰恰也從一個角度反映出,目前尚未有能夠解決一切新能源汽車技術發展痛點的技術產生。發展新能源汽車早已上升到我國國家戰略層面,電池技術的突破更是我國新能源汽車產業技術突破的關鍵。以目前的產業格局看,可以確定的是,磷酸鐵鋰電池將重回席位,并且在續航短、成本低的入門級車型領域重受青睞;而無鈷的三元鋰電池也很可能在長續航的中高端車型上占據主力。不管推出的重磅技術是真正的技術突破還是資本市場的煙幕彈,技術發展的目的是讓電動汽車變得充電更快、安全性更可靠、跑得更遠。

隨著我國新能源汽車產業不斷發展,市場終將占據主導,在這樣的情況下,無論是在技術層面還是商業層面,迎來突破都將只是時間問題。

關鍵字:新能源汽車 動力電池

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