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新能源汽车上刀片石墨烯“无钴”电池谁才是动
作者:尊龙用现金旧版    发布日期:2020-06-17 09:41


  在今年的全国两会上,新能源汽车的发展再一次受到国家和代表委员的重视,政府工作报告中提出,将重点支持既促消费惠民生又调结构增后劲的“两新一重”建设,主要是加强新型基础设施建设,发展新一代信息网络,拓展5G应用,建设充电桩,推广新能源汽车,激发新消费需求、助力产业升级。

  目前,我国已经连续数年成为新能源汽车产销第一的国家,这也推动着我国动力电池产业的发展,我国同样也已经成为了全球电池供应量最大的市场。电池作为新能源汽车产业发展的核心推动力,已经不仅仅是单纯在储能、能量密度方面的竞争。如何更好地保证电池耐久、可靠、成本以及环保等问题,逐渐成为行业发展新的风向标。

  随着行业需求的增大、技术的进步和竞争的加剧,市场对于电池技术的迭代,也向着多样化以及技术化发展。近日,电池行业内重磅消息不断,比亚迪的刀片电池、丰巢集团推出的“无钴”电池、再加上广汽宣布石墨烯电池技术取得突破,一时间,电池技术呈现出了“百家争鸣”的盛景。既牵动着消费者,也影响着资本市场。

  2020年上半年,虽然疫情降低了车市的温度,但动力电池产业的竞争却呈现白热化,近日来更是重磅消息不断。

  3月29日,比亚迪正式推出刀片电池,在发布会上展示了电池最为惧怕的针刺测试,并宣称刀片电池具备的的高安全、长续航、长寿命等特点,将把动力电池的发展路线重新拉回到以安全为本的道路上。

  5月13日,广汽集团旗下的广汽新能源对外宣布:今年底,石墨烯电池量产研发工作将从实验室走向实车,广汽新能源Aion车型将搭载相关技术成果。据悉,“基于广汽三维结构石墨烯(3DG)材料而研发的“超级快充电池” 已经完成电芯、模组、电池包样件的测试工作,并搭载整车进行了装车大功率充电测试,电池寿命和安全性均已达到使用标准。据测试,“超级快充电池”仅需8分钟就可以将电池充电至85%,充电时间与传统燃油车的加油时间相当。

  长城旗下的蜂巢能源科技于5月18日发布了号称全球第一款无钴动力电池。这款电池产品,最大的特点是在正极材料中彻底去掉了稀有金属钴,使得原来的三元镍钴锰酸锂,变成了二元的镍锰酸锂。据介绍,这将有效降低电池的成本,而蜂巢能源总经理杨红新则在接受记者采访时表示,无钴电池在600km-800km续航的细分市场更具竞争力。

  而就在6月10日,宁德时代也宣布,准备生产一款寿命达16年、总续航里程达200万公里的电池。

  全国乘联会副秘书长崔东树指出,我国新能源汽车动力电池技术的发展,受到政策导向的影响很大。

  最初,动力电池领域的技术路线主要集中在磷酸铁锂电池。然而到了2012年,随着国家对电池能量密度提出了明确指标,电池能量密度更高的三元锂电池被越来越多的汽车厂家应用到新能源汽车产品上。越来越多的汽车厂家为了获取补贴,开始转向三元锂电池。2015年,就连以研发磷酸铁锂电池起家的比亚迪都开始采用三元锂电池,作为新能源汽车产品上的动力电池。

  事实上,磷酸铁锂和三元锂电池,都主要指的是电池的正级材料。两者之间的差别在于,磷酸铁锂电池的能量密度较低,但稳定性较高,相对安全,大多用于乘用客车;而三元锂电池能量密度较高,但成本也较高,因此,在国家和地方补贴都存在时,车企更加愿意将三元锂电池装配在新能源汽车上。然而,随着2019年,国家补贴政策开始大幅度退坡,动力电池行业白名单也随之取消,车企的选择再一次发生变化,补贴的退坡意味着车企成本增加,于是此前成本较低的磷酸铁锂电池重新获得车企的青睐;而白名单的取消,导致海外电池供应商加入国内市场竞争,也促进了国内电池企业寻求技术突破,以获得市场话语权。

  这一切,催生出了2020年上半年的这场动力电池竞争的白热化。崔东树认为,补贴政策的退坡虽然导致了近一段时间内新能源汽车销量下滑明显,但是随着国家政策的陆续出台,我国新能源汽车市场正在向着市场为导向的方向发展。近半年来动力电池技术不断取得新的突破正说明这个问题。

  比亚迪的刀片电池让磷酸铁锂电池重新回到了人们的视野当中。此前磷酸铁锂在与三元锂电池的竞争中落在下风,一方面有政策的原因,但另一方面,能量密度低、低温稳定性不高也确实是劣势。但是其成本低、稳定性可靠的优点同样不容忽视。

  如今比亚迪的刀片电池,正是磷酸铁锂电池基础上优化改良的结果。简单来说就是比亚迪把电芯做得更薄更长更扁平化,这样体积能量密度就大幅提升了(从251Wh/L提升至332Wh/L),续航也就相应提高,第一款搭载刀片电池的比亚迪汉EV综合工况续航605公里,进入了600km也就意味着进入了目前电池续航能力第一梯队。在比亚迪发布刀片电池的发布会上,比亚迪董事长王传福表示,“刀片电池”是在技术纠偏,“正是对电池能量密度不切实际的追求,彻底带偏了动力电池行业的发展路线,并让新能源汽车的安全口碑付出了极其惨重的代价。”

  三元锂电池一直以来的拥趸特斯拉,如今也看上了磷酸铁锂电池,国产Model 3的短续航版本就将搭载宁德时代提供的磷酸铁锂电池。对特斯拉来说,这个版本的Model 3续航没必要干到600km+,最重要的是成本能更低就够了。只不过不管是比亚迪还是特斯拉/宁德时代,都有一个问题待解,就是磷酸铁锂电池的低温性能差问题。

  此外,也有业内人士指出,刀片电池其实只是结构上的创新,也就是说,在更好的工艺水平下,在电池包里中加入更多的电芯,更好的利用电池包的体积和空间,这意味着这样的改良存在上限。

  相比比亚迪刀片电池,广汽新能源的石墨烯电池则更加令人侧目。因为一直以来,石墨烯的产业化一直是未解的难题。

  2010年,荷兰物理学家安德烈海姆和拥有英国与俄罗斯双重国籍的物理学家康斯坦丁诺沃肖洛夫作为石墨烯的发现者获得了诺贝尔物理学奖。从此石墨烯开始进入大众视野。2017年,国家工信部制定《十三五材料领域科技创新专项规划》,将石墨烯材料技术划为重点发展领域。此后,石墨烯因具备超轻、超高强度、超强导电性等特性,被认为是提高电池充电速度、推动动力电池技术进步的重要技术。一旦石墨烯作为动力电池的工业化方案可行,那么电动汽车充电慢、续航里程不足、以及安全性方面的痛点都能够迎刃而解。然而石墨烯在实际中,商业化依旧非常困难。业内也有少专家认为,石墨烯电池是仅仅存在实验室中的技术,工业化进程还难以实现。

  不过广汽新能源坚信石墨烯电池可以从实验室走向市场。他们对外宣布,基于三维结构石墨烯(3DG)材料的“超级快充电池”,将在今年底搭载在Aion车型上。目前广汽并未公布石墨烯电池更多的技术细节,仅仅表示8分钟即可充满新能源汽车85%的电量,广汽究竟能否成功,今年年底就将揭晓。

  再来看看无钴电池。事实上,与磷酸铁锂类似,导致无钴电池技术发展的根源,也来自于汽车企业降低成本的需要。无钴电池指的并非本身就不含钴的磷酸铁锂电池,而是去掉了钴之后的三元锂电池。

  当前,新能源汽车市场常用电池分别为以镍钴锰(NCM)为主要材料的三元锂电池。然而,公开资料显示,作为动力电池正极材料中的重要元素之一,钴不但可以稳定材料的层状结构,而且可以提高材料的循环和倍率性能。但是钴在地壳中的含量较低,如果不考虑回收,未来钴或将供不应求。而随着新能源汽车保有量的迅速增长,钴价格也使得电池成本居高不下。有分析指出,尽管目前一些电池的“高镍低钴”趋势满足了企业的降本需求,但另一方面“高镍低钴”可能会导致电池过热,容易引起燃烧,安全性会受到影响。所以,要做到真正的“无钴化”,必须要有一定的技术突破。

  蜂巢研发的NMX无钴电池,属于镍锰体系无钴电池的一种,去掉了钴之后提高镍比例,再掺杂其他元素,改善热稳定性,再通过包覆物质提升工作电压,进而提升能量密度。事实上,这种镍锰体系无钴电池许多企业都在做,包括宁德时代,甚至特斯拉也在自行研发。但区别是这其中的元素和配比,各家企业都需要大量的试错和调整,找到最优方案。长城集团旗下的蜂巢科技最早宣布了这项技术的量产化,据悉最终的成果L6薄片无钴长电芯,寿命达到15年120万公里,综合续航880km,相关负责人表示明年下半年能够量产。

  业内人士分析指出,目前动力电池技术多种路线的产生,恰恰也从一个角度反映出,目前尚未有能够解决一切新能源汽车技术发展痛点的技术产生。发展新能源汽车早已上升到我国国家战略层面,电池技术的突破更是我国新能源汽车产业技术突破的关键。以目前的产业格局看,可以确定的是,磷酸铁锂电池将重回席位,并且在续航短、成本低的入门级车型领域重受青睐;而无钴的三元锂电池也很可能在长续航的中高端车型上占据主力。不管推出的重磅技术是真正的技术突破还是资本市场的烟幕弹,技术发展的目的是让电动汽车变得充电更快、安全性更可靠、跑得更远。

  随着我国新能源汽车产业不断发展,市场终将占据主导,在这样的情况下,无论是在技术层面还是商业层面,迎来突破都将只是时间问题。

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