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谁能“电”定未来

2021-08-05 08:28:28 广州日报   作者: 邓莉  

新能源汽车动力电池的安全与能量密度极限仍在往前进。近日,动力电池“一哥”宁德时代再迈出一大步:第一代钠离子电池。炙手可热的“锂”,迎来了新对手“钠”,“固态电池”正在为薄发而厚积。

以清洁能源替代化石能源的革命正在加速,新能源汽车产业将发生什么新变化?钠离子电池产业化前景如何?被寄予厚望的“固态电池”何时能真正大规模应用?还有怎样的“新新能源”正在研发的路上?

新技术井喷爆发

动力电池百花齐放

7月29日,宁德时代发布钠离子电池

宁德时代发布第一代钠离子电池。基于材料体系的突破,这款钠离子电池具备高能量密度、高倍率充电、优异的热稳定性、良好的低温性能与高集成效率等优势。

7月16日,蜂巢能源无钴电池实现量产

蜂巢能源宣布,首款无钴电池实现量产。据称,这款无钴电池能量密度为240wh/kg,循环寿命可超过3000次,通过150℃的热箱测试和140%SOC的过充测试。

3月10日,广汽埃安发布“弹匣电池”

广汽埃安发布“弹匣电池”,其具备超高耐热稳定的电芯、超强隔热的电池安全舱、极速降温的速冷系统、全时管控的第五代电池管理系统,并已通过整包针刺试验。

1月9日,蔚来称将推150kW·h固态电池组

蔚来宣布即将推出一种突破性的电池选项——150千瓦时电池组,由超高能量密度的固态电池组成。蔚来宣称,有信心明年第四季度开始交付此电池组。

1月初,“掺硅补锂”硅负极材料面世

国轩高科、广汽埃安、蔚来汽车和智己汽车相继发布采用掺硅补锂技术的硅负极材料。通过这一技术,配套相关电池的车辆可实现1000公里的超长续航。

去年3月,比亚迪发布刀片电池

“刀片电池”通过结构创新,使其体积利用率和续航里程相较传统电池包提升50%以上。另外,“刀片电池”的设计使它在短路时产热少、散热快,能通过针刺试验。

有两大优势

钠电池欲挑战锂电池垄断

优势1:更安全并兼顾充电效率

每逢炎热夏季和严寒冬季,各新能源汽车品牌无不心存担忧,前怕电池热失控,后怕电池虚电。能量密度和安全性,是当前制约锂电池发展的两个重要维度,研究人员一直期望有所突破。宁德时代的钠离子电池发布,迅速成为关注热点,因为其有机会打破以上桎梏。

据宁德时代公布的信息:第一代钠离子电池的单体能量密度为160Wh/kg;在常温下充电15分钟,电量就可以达到80%,具备了快充能力。换言之,钠离子电芯集成到电池系统后,系统的能量密度仍可达128Wh/kg。这个数据虽不如现有的磷酸铁锂电池,但差距并不大。而且第二代钠离子电池将有望达到200Wh/kg,快速补齐能量密度短板。

更具意义的是,钠离子本身对温度不敏感,热稳定性表现优异,在零下20°C低温的环境下,仍然有90%以上的放电保持率,超过了国家标准。既不像锂离子电池那样热一点冷一点都受不了,甚至动不动就自燃爆炸。华金证券在研报中指出,钠离子电池的负极可以用金属铝箔作为集流体,双铝集流体不存在过放电问题,相对安全。

鉴于钠离子电池生产尚未规模化,宁德时代也给出了一个A+B的解决方案:一个电池包里,既有锂离子电池模组也有钠离子电池模组,将两种电池按一定的比例和排列进行混搭,串联、并联集成,通过BMS(电池热管理系统)进行不同电池体系的均衡控制,优势互补。

优势2:降低造车成本和售价

在质疑声中,宁德时代投入上百亿元研发钠离子电池,除了在能量密度和安全性的平衡点外,还有一个关键:摆脱原材料成本的掣肘。

曾毓群今年5月放言“搞一个钠”之时,电池级碳酸锂的价格正一路猛冲,7月底每吨已破10万元大关,动力电池企业的产品毛利率持续下滑。除了价格暴涨,锂的全球供应链的稳定性也让人不安。记者留意到,由于锂电池短缺、原材料上涨问题已开始向下游传递。多家电池供应商纷纷发出调价函,调高电池价格,后续或带动新能源汽车售价上涨。为了缓解“电池荒”,许多动力电池产业都在扩产,宁德时代目前也在扩大产能,但曾毓群指出,这个过程短则需2~3年,长则3~5年。

相对而言,钠资源更丰富、售价更低。华金证券的研报表示,自然界的钠资源存量约为锂元素的1000倍;钠离子电池产业化后成本较低;按照正极材料、负极材料、电解液、隔膜、集流体等成本预估,钠离子电池的成本比锂离子电池的成本减少30%~40%。

乘联会秘书长崔东树告诉记者,动力电池占整车成本的四五成左右,一旦成本能下去,整车售价也将更加实惠。若宁德时代牵头,完善了其产业链并开始大规模量产,那么钠离子电池在材料成本上的巨大优势将迅速映射到相关产业之上。

疑问:材料便宜不必然形成低成本

"钠离子"当下似乎风头正盛,但何时能量产装车,才是更具有现实意义的事情。事实上,对钠离子电池持观望态度的业内人士并不少。国内一家新能源主机厂的车型研发负责人认为,当前钠原料用于动力电池仍面临诸多挑战,譬如当前产业链不完善,仅凭宁德时代“单枪匹马”,有可能造成钠离子电池的成本甚至比锂电池还高。

对此,宁德时代也给出了时间表:2023年有望将形成基本产业链。“第一代钠离子电池已经开始了与车企和储能客户进行商业化合作。”曾毓群表示,未来3~5年内钠离子电池产业将会拥有成熟的产业链,届时成本优势便会显现。基于钠盐庞大的储备量,未来价格也不会出现类似锂电池的原料价格高涨。

记者也留意到,在国内,除了宁德时代,目前只有个别中小企业在钠离子电池方面“有所作为”。如中科海钠去年9月实现钠离子电池的量产,电芯产能可达30万只/月;格林美今年5月完成对钠离子电池材料的研发,并送至下游客户测试;鹏辉能源进行了钠离子电池样品测试,预计年底批量生产。在全球,从事钠离子电池工程化的公司也有20多家,包括松下、丰田、LG等巨头公司。不过,整体来看,当前钠离子电池的产业规模依然较小,大部分动力电池的头部厂商并未将重心放在钠离子电池上。

现状:新能源车爆发 突破电池瓶颈是关键

在碳中和的长远目标下,动力电池迎来快速发展时期。据市场研究机构集邦科技预测,2021年全球新能源车的销售量将达到435万辆,年增长率49%。同时,中汽协预估,2021年中国新能源汽车总销量将达240万辆。增长迅猛的新能源汽车市场对于电池的需求量巨大,仅国内市场,今年前六个月动力电池产量累计74.7GWh,同比增长217.5%。目前的数据来看,锂离子电池是当仁不让的“牛鼻子”。行业研究机构彭博新能源财经近日发布的《新能源展望》年度报告显示,2020年,全球动力电池产能只有100Gwh的量级,但到2030年,交通和储能对锂离子电池的需求将激增至5.9Twh,这意味着一个超万亿元的新蓝海汹涌而来。

供需矛盾将逐渐呈现。高工锂电曾发布预测数据,随着储能和出行领域的需求爆发,2030年,锂资源的供求关系将趋于紧绷。美国银行全球研究部的报告甚至预测,锂离子电池最早在2025年将面临断供。与此同时,具有突破性的新型锂离子电池的研发进展也不容易。如特斯拉正研发的新款46800锂电池,采用了新的干法电极工艺,虽然称能“6倍性能提升,成本降低56%”,但马斯克近期也坦言,这款电池目前只有90%的工艺进展顺利,且仅能小规模有限生产。

我国未雨绸缪,已经从政策层面推动新动力储能项目。6月末,国家发改委国家能源局共同发布《新型储能项目管理规范(暂行)(征求意见稿)》,直接叫停电池梯次利用储能项目。征求意见稿提出,要加快钠离子电池等技术开展规模化试验示范。

征求意见稿还规定,业内储能将不能用二手电池,电池的更新速度会加快。新建的电化学能储能电站只能使用新电芯,也将导致成本的大幅度提升。在锂电池原材料供需紧张之下,此时低成本钠离子电池的登场,也算得上适逢其时,一旦其实现大规模量产,将有望取代“二手电池”迅速抢占国内甚至海外储能市场。

未来:固态电池被寄予厚望

除了钠离子电池和锂离子电池,业内人士普遍认为,动力电池仍存在很多技术路径,包括固态电池、燃料电池等,正如中汽协副总工程师许海所说的:“未来仍存不确定性。”

记者留意到,多种更稳定的新形态电池业内正在积极探索,如当前不少车企押宝的固态电池。蔚来汽车在今年6月发布了自主研发的固态电池包,预计将在2022年第四季度实现商用化。

LG能源、松下等电池巨头预测,2025年至2027年间,全固态电池就能实现商业化;大众集团、宝马集团也计划到2025年就可以推出搭载固态电池的原型车。

竞争:车企加入“造电池”角逐

当前,动力电池市场的竞争正愈加激烈,韩国的LG能源对宁德时代“一哥”的市场占有率虎视眈眈,并曾在今年5月动力电池装机量短暂超越宁德时代,成全球第一名。二线动力厂商也在跃跃欲试,中航锂电正在迅速扩张电池版图,这家在2018年全年装机量还仅为0.71GWh的企业,到2020年已高达3.55GWh。除此之外,宝马、吉利、长城、比亚迪等传统车企也在自建动力电池工厂,和电池供应商“抢”市场。长城汽车近日发布了一款自研的“大禹电池”。有的车企则通过与动力电池厂商完成深度绑定以锁定产能,如戴姆勒入股赋能科技,大众入股国轩高科,以此解决被动力电池厂商掣肘的成本问题。




责任编辑: 李颖

标签: 动力电池 造车成本

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