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动力电池,谁主沉浮?

【摘要】:

     最近,全球电动汽车市场持续升温。大众汽车近日在发布会上宣布接下来将大力发展电动汽车,随后股价一路飙升;宝马集团也在财报中提到了向电动汽车转型的战略。同时,已经有一些国家将电动汽车纳入发展重点。

     而在电动汽车领域,电池几乎可以说是最核心的部分。电动汽车的快速发展带来了对电池产能的巨大需求,目前主流的动力电池有哪些?大规模普及面临哪些技术瓶颈?

   电动汽车快速发展 厂商聚焦电池性能提升

    相较传统的燃油汽车,电动汽车拥有诸多优点,但它的劣势一样明显。汽油的能量密度在每千克12千瓦时以上,而当前电动汽车主流电池的能量密度仅有每千克零点几千瓦时,是汽油的几十分之一,而能量直接制约了消费者看重的行驶距离。同时,电池占电动汽车总制造成本的比例目前在20%到40%,显著影响整车造价。因此,许多厂商都将提高电池性能并降低成本放在了未来发展的重点。

 当前动力电池主要分为三元锂电池与磷酸铁锂电池两大类型,二者的关键区别在于正极材料不同。

    顾名思义,三元锂电池的正极材料主要为三种。其中,特斯拉与松下生产电池为镍钴铝三种;宁德时代等企业推动的另一种类型为镍钴锰,两种电池都要使用镍和钴两种元素。在这当中,镍的作用又尤其重要,一般来讲,镍的比例越高,电池能量密度就越高,续航里程就越好。

       多年以来,印尼一直是最大的镍出口国,但其从去年开始严格限制镍的出口,加之电动汽车市场繁荣带来的旺盛需求,今年年初镍价一路走高。高盛的分析称,如果镍价触及每吨5万美元的历史高位,每辆电动汽车的价格可能会上涨多达1500美元(约合人民币9800元)。

       24日,特斯拉已宣布,Model Y车型高性能版以及长续航版在中国售价均上调8000元人民币。Model 3系列标准续航和长续航版在美国售价均上调500美元。路透社上月报道称,为增加可靠的镍来源,特斯拉已向印尼矿业管理部门申请合作并展开谈判,印尼方面称,双方的合作不仅仅是购买原材料,将涉及电池全产业链。

      出于成本方面的考虑,越来越多的车企近期开始青睐于磷酸铁锂电池。特斯拉已表示,Model 3标准续航版车型将开始采用磷酸铁锂电池,小鹏、北汽新能源等不少车企今年也纷纷推出铁锂电池板的电动汽车。相对于三元锂电池,磷酸铁锂电池成本低、结构稳定、安全性高、充放电循环寿命长,但同时能量密度和充放电效率存在劣势。

      作为一直主要发展磷酸铁锂电池的企业,比亚迪近年针对这些劣势尝试了很多方法进行改进。去年,比亚迪优化了电池结构,把电芯做成“刀片式”,推出了“刀片电池”。除了性能提升,“刀片电池”还通过了针刺穿透测试,安全性也进一步提高。

       重庆比亚迪锂电池有限公司总经理 钟盛:“刀片电池”组装的工艺也会更加简单,解决了用户续航里程的焦虑,能量密度比以前提高了30%以上。基本上解决了电池自燃、自爆的安全隐患。

多家厂商押注新电池技术路线

       三元锂电池和磷酸铁锂电池经过多年发展,技术已经趋近成熟。当前松下与特斯拉的圆柱形电池、LG化学的软包电池以及比亚迪的“刀片电池”,都是在形态上进行改进,而电池化学性能本身的瓶颈很难克服。因此,许多厂商已经纷纷开始押注硅负极电池、全固态电池等多种新的技术路线。

       不论是三元锂还是磷酸铁锂,指代的都是正极材料,而负极材料都是碳。为进一步提升电池性能,有不少厂商现在都试图在负极材料上进行创新,尝试用硅替代碳。

 

        Enovix电池首席执行官 哈罗德·拉斯特:硅的主要优势在于能量密度是碳的3倍,用硅替代碳就意味着电池可能储存更多能量,提升能量密度。 不过硅虽然很好,但也存在问题,最大的问题就是它会膨胀,最高到300%。

          从几年前,特斯拉就已经在石墨负极中掺杂硅材料,虽然当时的含量极少。大众集团近期在其活动上也着重介绍了公司对接下来发展硅负极电池的重视。

      在中国厂商方面。智己汽车今年1月发布的新车搭载了公司与宁德时代共同开发的最新电池,首次采用了“掺硅补锂技术”。广汽集团1月时透露,搭载硅负极电池技术的车型已按计划进入实车测试阶段,产品计划今年上市。而除了在电极上下功夫,围绕电解质的创新也一直备受关注。

        目前,国内外多家车企都在布局固态电池技术

    中国汽车动力电池产业创新联盟副秘书长 马小利:它命名是基于它电解质的形态的不同,固态电池电化学稳定、热稳定性比较好,所以它的电池的安全性等各方面可能相对程度就要提升一些,这是它相比液态电池的一个优点。

  使用了全固态电解质后,锂离子电池的适用材料体系也会发生改变。其中核心的一点就是可以不必使用嵌锂的石墨负极,而是直接使用金属锂来做负极,这样可以明显减轻负极材料的用量,使得整个电池的能量密度有明显提高。

       目前,丰田在固态电池领域拥有超过1000项专利,位居全球前列。丰田表示,公司计划在今年推出全球第一台搭载固态电池的原型车,2025年前实现固态电池汽车量产。此外,从2012年开始,大众汽车就与固态电池初创企业量子景观开展合作。近日,量子景观宣布已取得关键技术突破,今年下半年将开始在美国加州建立一个试生产线,产能可达每年10万颗电芯。

     量子景观公司首席执行官 贾格迪普·辛格:多层堆叠单片电池的过程没有对使用寿命等方面产生负面影响,这是一项重大突破,因为这意味着我们现在可以继续加大堆叠的规模。今年晚些时候我们要把这个层数增加到8到10层,如果我们能达成目标,那就可以开始向顾客交付实际的样品。

     而在国产汽车领域,蔚来表示,旗下首款半固态电池量产车将在明年推出。

     蔚来董事长 李斌:150度电池包,我们采用最先进的量产固态电池技术,实现了360瓦时每公斤的超高能量密度,即将发布的新车续航将超过1000公里。

    随着科技的进步,未来或将出现更加先进的汽车电池,有朝一日,普通人也能开上同时具有安全性高、成本低、寿命长、充电快的电动汽车。