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把持续创新的基因植入新能源电池行业
2020-09-14 09:18:15   来源:中国有色金属报    点击:

来源:中国有色金属报
责编·作者:岳振廷
 
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  近日,房地产行业名企——恒大集团推出的6款恒驰新能源轿车横空出世,消息一出,顿时就成了新能源汽车领域的头条新闻,赚足了国人的眼球,真可谓是要么不出手,出手就是一鸣惊人,让国人在震撼之中开始了对恒大的再认识。据媒体报道,恒大董事长许家印在考察公司新能源汽车生产基地时按捺不住内心激动,畅谈恒大的造车梦想:“我们要实现三到五年内,把恒大汽车打造成为世界规模最大、实力最强的新能源汽车集团,绝对不是梦。”许家印的话,让恒大志在新能源汽车领域抢占全球市场的巨大“野心”暴露在世人面前。
 
  当然有“野心”是好的,愿望也是诱人的。从恒大给出的信息看,为了实现从房地产到新能源汽车的转型,恒大这两年还是脚踏实地“闷头”干了不少的工作,在动力电池、动力总成、先进整车制造、汽车销售及智慧充电等产业链上做了大量的创新,才有了今天爆棚的成就感。不过,在恒大汽车全产业链的众多创新点里,笔者和大家一样,更关心的是恒驰新能源汽车的电池问题,一次充电后“恒驰汽车能跑多远”是众人关注的焦点,也是恒驰汽车能否在燃油车及新能源车林立的群雄中立足的关键所在。否则,若制造的恒驰新能源汽车“跑不远”或者“跑不快”,即使标榜得天花乱坠,国人也不会跟风购买。
 
  因此,关注新能源汽车,就必须关注新能源电池,这是汽车行驶里程远近的动力源泉。国人对新能源汽车的“里程焦虑”,不仅仅是恒大需要解决的问题,也是国内所有其他品牌新能源汽车企业所面临的问题。目前,无论国内或者国外的新能源汽车,其动力电源的来源主要以锂电池为主,该类电池因容量大,体积小,重量轻,自放电率小而深受行业青睐。但锂电系列中,细分为三元锂电池与磷酸铁锂电池,前者能量密度高、低温性能好。据2019年行业相关数据显示,国内64家公司新能源汽车制造企业所生产的新能源动力汽车都是用三元锂电池作为动力源的。对比三元锂电池,磷酸铁锂电池的稳定性则是目前车用锂电池中最好的,制造成本也比较低,主要为国内38家汽车制造商所应用,前两者占整个新能源汽车市场的98.2%。可见锂电是大家公认的新能源汽车动力选择,其他类型如镍等材料制造的动力电池,仅占整个市场总量的1.8%,属于非主流电池类型。若不出意外的话,恒大新推出的系列恒驰新能源汽车,应该也会把锂电作为其动力源的。
 
  以锂电新能源做动力源,有优势,当然也有劣势。三元锂电池不足之处就是其的不稳定性,高温之下易燃,而磷酸铁锂的缺陷在于能量密度稍差,在一致性上不如三元电池,特别是温度低于零下5℃的时候,充电效率有所降低,不适宜在北方冬季使用。这些劣势的存在,影响到了新能源汽车的电池容量和行驶里程,给新能源汽车的市场推广造成极大的被动。业内人士表示,三元锂电的不稳定性,频繁发生的自燃让包括特斯拉在内的新能源汽车企业及消费者防不胜防,其电池的安全性能遭到用户的质疑。正如中国科学院院士欧阳明高观点:电池是目前限制新能源汽车发展的一个关键因素。
 
  从整个新能源电池行业而言,国内外对新能源电池的研发几乎同步,并且有大量的创新亮点,如比亚迪的刀片电池。众所周知,受制于锂动材料自身物化性能,锂电池一直是行业研发的重点之一,经过不断的创新,2015年,我国的新能源锂电池单体能量密度还不到100Wh/kg,到了2019年锂电的密度也仅达到了160Wh/kg。按照我国颁布的《节能与新能源汽车技术路线图》,2020年,我国纯电动汽车动力电池的能量密度目标为300Wh/kg、2025年目标为400Wh/kg、2030年目标为500Wh/kg。即使今年新能源电池的密度能够突破200Wh/kg,或者说达到300Wh/kg,但也与“路线图”的目标差距甚大。也基于电池能量无法取得大的提升,对应的新能源汽车行驶里程也大都在300公里左右,这几乎成为新能源汽车的“天花板”。一次充电可以500公里?炒概念的成份多。真正达到目标也许有,但需要前置很多条件,可谓是有等于无。
 
  因此,新能源汽车市场这块“蛋糕”虽大,但面临困境却很多,尽管新能源汽车发展这几年,电池的能量密度有了大幅度的提升,但面对300公里这一难逾的“天花板”,如何突破新能源电池发展的这一“临界点”,新能源电池专家、河南锂动电源公司总经理杨涛认为:“过去我们依靠创新打下了新能源动力电池产业的一片天地,让我们有了可以媲美国外同行的技术硬实力;如今还是依靠创新,让我们有了像恒驰一样可以匹敌特斯拉的新能源汽车,有机会在世界舞台上展示自己的软实力。”他表示,要把持续创新的基因植入新能源电池行业,努力在电池的功能材料上实现突破,在工艺技术上不断升级,在国家政策上获得支持,在经营理念上更加明晰,只有这样,我国的新能源电池事业才会吹散阴云,出现明朗的晴天,新能源汽车行业才有可能领军世界,持久繁荣。
 
  材料的突破是创新的焦点,开发高比能新材料是未来动力电池比能量大幅度提升的主要途径。现在常用的锂离子电池已经是有20年历史的成熟技术,无论是三元锂材料电池还是磷酸铁锂电池,基本都由四大关键部分组成,即正极、负极、电解液和膜。经过多年的创新,这四种材料组成的锂电池已经成为新能源电池的主流。但依据材料的性能,在目前电池容量基础上将能量密度再提升并做到产业化,看来难度很大。此路难走,其他路径呢?前几年,石墨烯电池、“锂空气”电池、燃料电池等也曾“闪亮登场”,但综合性能难以实现突破。若动力电池技术瓶颈长时间无法突破,将阻碍新能源汽车产业化快速发展的进程。正在大家彷徨苦闷之际,近日,媒体报道一家名为辰飞科技的企业发明了一种铜基碳元固态电池,据说该电池全面突破新能源电池技术瓶颈,具有高性能容量、高导电性、高倍率等特点,且不发热不燃烧不爆炸、重量轻,能够满足快速充放电、不需要专用充电桩,正当大家准备对该型电池给予更多关注的时候,最新的应用却没有了消息,这说明该类电池的商业化问题仍多。困难越大,挑战就越大,但我们应该相信,只要我们不怕失败,电池新材料新技术的最终突破肯定是迟早的事情。
 
  电池工艺设计创新对能量密度的提升也十分关键。不论锂电池或者燃料电池等,其电池的工艺设计已相对成熟,要想提高电池容量,优化设计也是提高电池比能量的一条路径之一,作为市场“黑马”的恒大,若是在材料方面没有摆脱三元或者磷酸铁锂的窠穴,优化设计应该成为其重大“卖点”。杨涛认为,新能源电池的能量密度是一个系统问题,材料创新从而增强电芯能量密度是一个直接手段,而在电芯布置、电路规划、壳体重量等方面进行优化设计,同样也能提高电池能量密度,如今河南锂动就是在保证电壳体质量的基础上,正在进行复合材料的替代,多年的技术路径探索,效果十分明显。知名新能源汽车生产企业比亚迪在电池的形状上做文章,创新出异于常态的“刀片电池”,以无模组直接集成电池包的创新技术,使电池包的空间利用率从40%提高到60%以上,能量密度大大提升。据悉该消息一出,立马成为资本市场的亮点,其股票竟一度涨停。尽管有同行对比亚迪“刀片电池”的技术创新有异见,但也说明了除了材料创新之外,新能源电池的设计及工艺创新也是提升能量密度的重要途径。
 
  除此之外,国家新能源政策的创新对推动新能源电池创新也很重要。多年来,国家密集出台了一系列政策性文件,鼓励和推动新能源汽车及动力电池行业发展,驱动我国新能源汽车及动力电池产业规模持续向好发展。新能源汽车发展初期,国家对动力电池领域的投资进行了引导,创新性地对进入者给予税收政策支持和财政资金补贴,从而开拓了新能源动力电池的新天地;近两年来,在量的基础上,随着国家补贴标准的提高,国家又创新性地开始扶优扶强,提升动力电池生产规模门槛和补贴技术指标,致使新能源汽车及动力电池行业在竞争中加快电池成本优化并加速低端产能出清。按照新能源电池的发展趋势,下一步电池供应在向优秀企业集中,龙头效应开始出现。为此,国家已经早有准备,颁布了将于明年初实施的《电动汽车用动力蓄电池安全要求》,该项标准的出台,意味着我们的新能源电池产业有了明确的规矩和标尺,也意味着新能源电池企业有了新的规范和指引,更为动力电池产品质量的提升及参与国内外市场竞争创造了新的机遇。
 
 

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