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動力電池,誰主沉???

【摘要】:

     最近,全球電動汽車市場持續升溫。大眾汽車近日在發布會上宣布接下來將大力發展電動汽車,隨后股價一路飆升;寶馬集團也在財報中提到了向電動汽車轉型的戰略。同時,已經有一些國家將電動汽車納入發展重點。

     而在電動汽車領域,電池幾乎可以說是最核心的部分。電動汽車的快速發展帶來了對電池產能的巨大需求,目前主流的動力電池有哪些?大規模普及面臨哪些技術瓶頸?

   電動汽車快速發展 廠商聚焦電池性能提升

    相較傳統的燃油汽車,電動汽車擁有諸多優點,但它的劣勢一樣明顯。汽油的能量密度在每千克12千瓦時以上,而當前電動汽車主流電池的能量密度僅有每千克零點幾千瓦時,是汽油的幾十分之一,而能量直接制約了消費者看重的行駛距離。同時,電池占電動汽車總制造成本的比例目前在20%到40%,顯著影響整車造價。因此,許多廠商都將提高電池性能并降低成本放在了未來發展的重點。

 當前動力電池主要分為三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池兩大類型,二者的關鍵區別在于正極材料不同。

    顧名思義,三元鋰電池的正極材料主要為三種。其中,特斯拉與松下生產電池為鎳鈷鋁三種;寧德時代等企業推動的另一種類型為鎳鈷錳,兩種電池都要使用鎳和鈷兩種元素。在這當中,鎳的作用又尤其重要,一般來講,鎳的比例越高,電池能量密度就越高,續航里程就越好。

       多年以來,印尼一直是最大的鎳出口國,但其從去年開始嚴格限制鎳的出口,加之電動汽車市場繁榮帶來的旺盛需求,今年年初鎳價一路走高。高盛的分析稱,如果鎳價觸及每噸5萬美元的歷史高位,每輛電動汽車的價格可能會上漲多達1500美元(約合人民幣9800元)。

       24日,特斯拉已宣布,Model Y車型高性能版以及長續航版在中國售價均上調8000元人民幣。Model 3系列標準續航和長續航版在美國售價均上調500美元。路透社上月報道稱,為增加可靠的鎳來源,特斯拉已向印尼礦業管理部門申請合作并展開談判,印尼方面稱,雙方的合作不僅僅是購買原材料,將涉及電池全產業鏈。

      出于成本方面的考慮,越來越多的車企近期開始青睞于磷酸鐵鋰電池。特斯拉已表示,Model 3標準續航版車型將開始采用磷酸鐵鋰電池,小鵬、北汽新能源等不少車企今年也紛紛推出鐵鋰電池板的電動汽車。相對于三元鋰電池,磷酸鐵鋰電池成本低、結構穩定、安全性高、充放電循環壽命長,但同時能量密度和充放電效率存在劣勢。

      作為一直主要發展磷酸鐵鋰電池的企業,比亞迪近年針對這些劣勢嘗試了很多方法進行改進。去年,比亞迪優化了電池結構,把電芯做成“刀片式”,推出了“刀片電池”。除了性能提升,“刀片電池”還通過了針刺穿透測試,安全性也進一步提高。

       重慶比亞迪鋰電池有限公司總經理 鐘盛:“刀片電池”組裝的工藝也會更加簡單,解決了用戶續航里程的焦慮,能量密度比以前提高了30%以上?;旧辖鉀Q了電池自燃、自爆的安全隱患。

多家廠商押注新電池技術路線

       三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池經過多年發展,技術已經趨近成熟。當前松下與特斯拉的圓柱形電池、LG化學的軟包電池以及比亞迪的“刀片電池”,都是在形態上進行改進,而電池化學性能本身的瓶頸很難克服。因此,許多廠商已經紛紛開始押注硅負極電池、全固態電池等多種新的技術路線。

       不論是三元鋰還是磷酸鐵鋰,指代的都是正極材料,而負極材料都是碳。為進一步提升電池性能,有不少廠商現在都試圖在負極材料上進行創新,嘗試用硅替代碳。

 

        Enovix電池首席執行官 哈羅德·拉斯特:硅的主要優勢在于能量密度是碳的3倍,用硅替代碳就意味著電池可能儲存更多能量,提升能量密度。 不過硅雖然很好,但也存在問題,最大的問題就是它會膨脹,最高到300%。

          從幾年前,特斯拉就已經在石墨負極中摻雜硅材料,雖然當時的含量極少。大眾集團近期在其活動上也著重介紹了公司對接下來發展硅負極電池的重視。

      在中國廠商方面。智己汽車今年1月發布的新車搭載了公司與寧德時代共同開發的最新電池,首次采用了“摻硅補鋰技術”。廣汽集團1月時透露,搭載硅負極電池技術的車型已按計劃進入實車測試階段,產品計劃今年上市。而除了在電極上下功夫,圍繞電解質的創新也一直備受關注。

        目前,國內外多家車企都在布局固態電池技術

    中國汽車動力電池產業創新聯盟副秘書長 馬小利:它命名是基于它電解質的形態的不同,固態電池電化學穩定、熱穩定性比較好,所以它的電池的安全性等各方面可能相對程度就要提升一些,這是它相比液態電池的一個優點。

  使用了全固態電解質后,鋰離子電池的適用材料體系也會發生改變。其中核心的一點就是可以不必使用嵌鋰的石墨負極,而是直接使用金屬鋰來做負極,這樣可以明顯減輕負極材料的用量,使得整個電池的能量密度有明顯提高。

       目前,豐田在固態電池領域擁有超過1000項專利,位居全球前列。豐田表示,公司計劃在今年推出全球第一臺搭載固態電池的原型車,2025年前實現固態電池汽車量產。此外,從2012年開始,大眾汽車就與固態電池初創企業量子景觀開展合作。近日,量子景觀宣布已取得關鍵技術突破,今年下半年將開始在美國加州建立一個試生產線,產能可達每年10萬顆電芯。

     量子景觀公司首席執行官 賈格迪普·辛格:多層堆疊單片電池的過程沒有對使用壽命等方面產生負面影響,這是一項重大突破,因為這意味著我們現在可以繼續加大堆疊的規模。今年晚些時候我們要把這個層數增加到8到10層,如果我們能達成目標,那就可以開始向顧客交付實際的樣品。

     而在國產汽車領域,蔚來表示,旗下首款半固態電池量產車將在明年推出。

     蔚來董事長 李斌:150度電池包,我們采用最先進的量產固態電池技術,實現了360瓦時每公斤的超高能量密度,即將發布的新車續航將超過1000公里。

    隨著科技的進步,未來或將出現更加先進的汽車電池,有朝一日,普通人也能開上同時具有安全性高、成本低、壽命長、充電快的電動汽車。

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