鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:992次 | 2021年04月08日
三元、氫氧還是鋰氧,誰(shuí)才是動(dòng)力鋰電池的最終目標(biāo)?
在我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中,動(dòng)力鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線(xiàn)一直以來(lái)多有爭(zhēng)議。目前備受推崇的鋰離子電池,行業(yè)不少人士認(rèn)為這一領(lǐng)域也存在天花板。在鋰離子電池發(fā)展如火如荼的當(dāng)今,不少公司或研究機(jī)構(gòu)也在探索電池產(chǎn)品新的發(fā)展方向,如燃料動(dòng)力電池和固態(tài)電池。從目前來(lái)看,這兩種電池都有自己很明顯的優(yōu)點(diǎn),當(dāng)然存在的短板也不少。于是,針對(duì)動(dòng)力鋰電池發(fā)展路線(xiàn),業(yè)界人士展開(kāi)了爭(zhēng)論:誰(shuí)才是未來(lái)的最終電池?六月十四日,我國(guó)汽車(chē)動(dòng)力鋰電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟動(dòng)力鋰電池分會(huì)成立大會(huì)暨技術(shù)研討會(huì)在北京召開(kāi),從會(huì)上各專(zhuān)家的觀(guān)點(diǎn)中或可窺見(jiàn)動(dòng)力鋰電池的未來(lái)發(fā)展方向。
分析動(dòng)力鋰電池的現(xiàn)狀必須考慮研發(fā)與使用情況,對(duì)此,公司和研究機(jī)構(gòu)看法并不相同。
作為我國(guó)動(dòng)力鋰電池領(lǐng)先公司,寧德時(shí)代與科研機(jī)構(gòu)對(duì)鋰離子電池的研發(fā)有較大不同,寧德時(shí)代更重視從工程化的角度入手。寧德時(shí)代副總裁、首席科學(xué)家吳凱介紹,電池公司進(jìn)行研發(fā)重視考慮兩方面因素,一是能量密度;二是成本平衡設(shè)計(jì)。這兩條曲線(xiàn)與經(jīng)濟(jì)學(xué)的供需曲線(xiàn)相似,在某個(gè)位置形成平衡點(diǎn)。這個(gè)平衡點(diǎn)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)是2020年,能量密度達(dá)到300Wh/Kg,價(jià)格為1元/Wh。在這個(gè)平衡點(diǎn)之下,三元/石墨體系的電池會(huì)成為流行趨勢(shì),隨著能量密度提升,硅基負(fù)極體系、固態(tài)電池等會(huì)顯示出優(yōu)勢(shì)。
我國(guó)目前動(dòng)力鋰電池的研發(fā)重要考慮的是能量密度、成本、壽命三要素平衡設(shè)計(jì),在考慮安全性、使用環(huán)境的廣泛性以及充電方面,系統(tǒng)設(shè)計(jì)成為引導(dǎo)電池設(shè)計(jì)方向的關(guān)鍵。在平衡點(diǎn)之下,高鎳化是提高能量密度的重要手段。寧德時(shí)代近期會(huì)在高鎳應(yīng)用方向深耕細(xì)作,長(zhǎng)期來(lái)看,會(huì)加強(qiáng)固態(tài)鋰金屬電池開(kāi)發(fā)。吳凱說(shuō)。
此外,大數(shù)據(jù)監(jiān)控也說(shuō)明了我國(guó)新能源汽車(chē)動(dòng)力鋰電池的現(xiàn)狀。北京理工大學(xué)教授王震坡介紹了動(dòng)力鋰電池大數(shù)據(jù)平臺(tái)的運(yùn)行情況。他說(shuō),目前,我國(guó)形成了電動(dòng)汽車(chē)輛安全運(yùn)行國(guó)家、地方政府、整車(chē)公司三級(jí)監(jiān)管技術(shù)體系,國(guó)家平臺(tái)已接入超過(guò)90萬(wàn)輛產(chǎn)品,日在線(xiàn)近50萬(wàn)輛,行駛1200萬(wàn)公里,充電16萬(wàn)次。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
從監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)來(lái)看,安全性成為動(dòng)力鋰電池的首要問(wèn)題,在2010~2016年間,動(dòng)力鋰電池起火事故中有67%的原因來(lái)自動(dòng)力鋰電池,充電引起的起火占14%,其他原因占19%。
整車(chē)公司向左電池公司向右
動(dòng)力鋰電池從磷酸鐵鋰轉(zhuǎn)向三元體系后,能量密度有了較大幅度的提高,但是,瓶頸問(wèn)題依然沒(méi)有解決。燃料動(dòng)力電池和固態(tài)電池被大家認(rèn)為是未來(lái)的發(fā)展方向,為了搶占未來(lái)的制高點(diǎn),我國(guó)公司出現(xiàn)了較有代表性的現(xiàn)象:不少整車(chē)公司偏向燃料動(dòng)力電池,動(dòng)力鋰電池公司偏向固態(tài)電池研發(fā)。
長(zhǎng)城汽車(chē)在電動(dòng)汽車(chē)研發(fā)上步伐較慢,但一起步便瞄準(zhǔn)了燃料動(dòng)力電池,長(zhǎng)城汽車(chē)宣布,2022年推出首款燃料動(dòng)力電池車(chē)型。
比亞迪曾是磷酸鐵鋰離子電池的龍頭公司,隨著技術(shù)迭代發(fā)展,比亞迪也投入到燃料動(dòng)力電池的研發(fā)之中。前不久,比亞迪與美國(guó)混合動(dòng)力公司(USHybridCorporation)合作研發(fā)氫燃料動(dòng)力電池客車(chē)。該款客車(chē)將服務(wù)于美國(guó)火奴魯魯(檀香山,Honolulu)的DanielK.Inouye國(guó)際機(jī)場(chǎng)。
標(biāo)稱(chēng)電壓:28.8V
標(biāo)稱(chēng)容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
吉利汽車(chē)也積極投入到燃料動(dòng)力電池的研發(fā)中,目前形成了純電、混動(dòng)、氫燃料動(dòng)力電池、替代燃料四條路線(xiàn)。當(dāng)然,由于燃料動(dòng)力電池的前景還不明朗,吉利在燃料動(dòng)力電池上的投入還不多。
上汽集團(tuán)是我國(guó)最早從事燃料動(dòng)力電池汽車(chē)研發(fā)的公司,旗下上汽大通的燃料動(dòng)力電池汽車(chē)已正式上市銷(xiāo)售。
與整車(chē)公司熱衷燃料動(dòng)力電池形成鮮明比較的是,動(dòng)力鋰電池公司大多數(shù)在研發(fā)固態(tài)電池。吳凱告訴《我國(guó)汽車(chē)報(bào)》記者,寧德時(shí)代在固態(tài)電池上投入了相當(dāng)多的資源。此前,比克集團(tuán)副總裁廖振波也告訴《我國(guó)汽車(chē)報(bào)》記者,比克已布局凝膠態(tài)的電池,即俗稱(chēng)的半固態(tài)電池,并組建成立了全固態(tài)電池研發(fā)團(tuán)隊(duì)。
據(jù)記者了解,我國(guó)動(dòng)力鋰電池排名前十的公司都涉足固態(tài)電池的研發(fā)之中,力神、國(guó)軒、微宏等公司都建立了研發(fā)團(tuán)隊(duì)并進(jìn)行了相關(guān)布局。
與我國(guó)的情況不盡相同,國(guó)外整車(chē)公司并沒(méi)有一邊倒地選擇燃料動(dòng)力電池。大眾汽車(chē)日本總裁兼CEO莊司茂曾稱(chēng),未來(lái)燃料動(dòng)力電池車(chē)可能在日本以外遭遇困境,難以在全球范圍獲得光明前途。大眾汽車(chē)也表示正在研發(fā)續(xù)駛里程超過(guò)1000公里的固態(tài)電池,并將在2025年量產(chǎn)。
六月十三日,福特汽車(chē)表示,福特與戴姆勒正在逐步關(guān)閉一家開(kāi)發(fā)汽車(chē)燃料動(dòng)力電池技術(shù)的合資公司。雙方表示計(jì)劃在內(nèi)部進(jìn)行各自的燃料動(dòng)力電池技術(shù)開(kāi)發(fā),顯然雙方的燃料動(dòng)力電池汽車(chē)研發(fā)受阻。
研發(fā)出全球第一款量產(chǎn)燃料動(dòng)力電池汽車(chē)的豐田,也并沒(méi)有把寶全押在燃料動(dòng)力電池上,目前,其也在積極進(jìn)行固態(tài)電池研發(fā)。前不久,豐田汽車(chē)高層人事調(diào)整似乎也預(yù)示著豐田將重心從燃料動(dòng)力電池轉(zhuǎn)向純電動(dòng)以及固態(tài)電池上。
最終電池爭(zhēng)論泛起
目前來(lái)看,整車(chē)公司與電池公司對(duì)未來(lái)電池的看法出現(xiàn)了分歧,市場(chǎng)上有關(guān)燃料動(dòng)力電池和固態(tài)電池的爭(zhēng)論也不時(shí)傳出。尤其是最近李克強(qiáng)總理在日本參觀(guān)豐田廠(chǎng)之后,似乎燃料動(dòng)力電池更加引起人們的關(guān)注。有人甚至認(rèn)為即將進(jìn)入氫時(shí)代。
不過(guò),我國(guó)工程院院院士陳立泉并不贊成氫是最終汽車(chē)能源的說(shuō)法。他說(shuō),燃料動(dòng)力電池重要依靠氫氧化學(xué)反應(yīng),固態(tài)電池的種類(lèi)較多,常見(jiàn)的聚合物固態(tài)電池有聚環(huán)氧乙烷(PEO)、聚環(huán)氧丙烷(PPO)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚偏氟乙烯(PVDF)等,這些聚合物固態(tài)電池重要進(jìn)行的是鋰氧化學(xué)反應(yīng)。氫氧的理論能量密度為3525Wh/Kg,鋰氧為5217Wh/Kg,兩者有較大差距。
氫氧電池只能稱(chēng)為一次電池,鋰氧電池才是可充電池。從原子量的比較也可以看出,鋰是氫的7倍,鋰氧電池體積能量密度也好于氫氧電池,從使用環(huán)境來(lái)看,氫氧電池的限制因素比鋰氧電池多。陳立泉說(shuō)。
會(huì)上,不少專(zhuān)家針對(duì)行業(yè)興起的燃料動(dòng)力電池與固態(tài)電池最終能源目標(biāo)之爭(zhēng)也發(fā)表了看法,有專(zhuān)家表示,他曾去日本考察了幾家汽車(chē)公司,看到他們更加重視固態(tài)電池,詢(xún)問(wèn)原因,日本公司人士認(rèn)為,燃料動(dòng)力電池的商業(yè)化道路比固態(tài)電池還長(zhǎng)。
關(guān)于燃料動(dòng)力電池與固態(tài)電池的最終之爭(zhēng),我國(guó)科學(xué)院院士、國(guó)家863新能源汽車(chē)重大專(zhuān)項(xiàng)總體專(zhuān)家組組長(zhǎng)、清華大學(xué)教授歐陽(yáng)明高說(shuō):我也不同意氫是最終能源以及氫燃料動(dòng)力電池車(chē)是最終環(huán)保車(chē)的說(shuō)法。
不過(guò),盡管如此,關(guān)于氫燃料動(dòng)力電池汽車(chē)的發(fā)展,歐陽(yáng)明高還是提出了建議,他強(qiáng)調(diào),目前,大家只關(guān)注燃料動(dòng)力電池系統(tǒng)本身,與氫相關(guān)的技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展并不理想。他認(rèn)為,產(chǎn)業(yè)更應(yīng)重視氫能技術(shù),即前端的氫燃料,比如制取、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、壓縮等環(huán)節(jié)。國(guó)家在大力扶持新能源汽車(chē),僅2017年國(guó)家便出臺(tái)了16項(xiàng)相關(guān)政策。而新能源汽車(chē)也趁著這股順風(fēng)迅猛發(fā)展。市場(chǎng)預(yù)計(jì)今年將產(chǎn)銷(xiāo)70萬(wàn)輛新能源汽車(chē),以此帶動(dòng)的動(dòng)力鋰電池需求將進(jìn)一步放大。但在下游原材料價(jià)格暴漲以及上游整車(chē)廠(chǎng)價(jià)格打壓的雙重壓力下,市場(chǎng)預(yù)計(jì),在短暫的火爆期之后,成本和技術(shù)導(dǎo)向?qū)⒘顒?dòng)力鋰電池行業(yè)將進(jìn)入洗牌期。
新能源汽車(chē)的重要瓶頸之一在于電池的續(xù)航里程。在此背景下,國(guó)家《促進(jìn)汽車(chē)動(dòng)力鋰電池發(fā)展行動(dòng)方法》、《節(jié)能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線(xiàn)圖》等紛紛鼓勵(lì)高能量密度電池的使用,近期《外商投資產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)目錄(2017年修行)》提出解除純電動(dòng)汽車(chē)合資公司限制以及取消汽車(chē)電子和動(dòng)力鋰電池股比限制,也是促進(jìn)國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē)市場(chǎng)推廣應(yīng)用高能量密度電池的重要舉措。
目前,國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē)大部分在采用磷酸鐵鋰(BYD為主)和三元鋰離子電池,乘用車(chē)?yán)m(xù)航里程基本上都能夠達(dá)到200公里,但是電池系統(tǒng)平均能量密度水平僅為115Wh/Kg。