三元鋰時代終結 固態電池將全面接管電動車?

汽車大事記2019-10-16


當我們舉國為NBA事件群情激昂時,2019年諾貝爾化學獎頒給了鋰電池,美國、日本的三位科學家分別獲此殊榮。

而中國,作為全球最大鋰電池市場,擁有動力電池出貨量前十企業的數量最多,卻與這些榮譽絲毫沒有關聯。

這個事實再一次告訴我們,中國是鋰電池大國,卻不是鋰電池強國。

更糟糕的是,靠著補貼政策和“白名單”迅速上位的三元鋰電池,如今卻面臨著能量密度和安全性這兩座無法逾越的大山,發展后勁不足,出師未捷身先衰。

三元鋰電池時代似乎難逃走向終結的命運,能量密度更高、更安全的固態電池,正在加快步伐取代三元鋰電池,隱有全面接管電動車之勢。


而這,會成為中國動力電池產業真正實現彎道超車的契機嗎?

>>>>三元鋰電池的起與落

 

從日本一家獨大到日韓兩國爭霸,再到中日韓三國殺,中國鋰電池產業的崛起是一個勵志的故事。


鋰電池的正極材料有很多種,包括磷酸鐵鋰、三元鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、鈦酸鋰等等,磷酸鐵鋰電池曾是中國新能源汽車市場的主流。

為扶持新能源汽車而生的補貼政策,徹底改變了這一局面。

不斷變化調整的補貼政策對電池能量密度提出的要求越來越高,能量密度最高能達到330Wh/kg的三元鋰電池,成功將只有100Wh/kg左右的磷酸鐵鋰電池踩在腳下,從此奠定了三元鋰稱霸乘用車、磷酸鐵鋰蝸居客車領域的格局。

從市場規模體量和產業鏈來看,以三元鋰為主要技術路線的中國動力電池產業無疑是成功的。

從2015年起,中國連續四年成為全球最大新能源汽車市場,作為電動車“心臟”的動力電池,因此一榮俱榮。

坐擁政策、市場兩大優勢的中國鋰電池產業,自2015年起超過日韓躍居全球首位,目前已經承包了全球70%以上的動力電池產能,形成了全球最為完善的鋰電池產業鏈,催生了以寧德時代為首的一批龍頭企業,2018年全球動力電池出貨量前十的企業,中國就占了七席。

市場雖大,產業鏈雖完善,頭部企業雖強,但中國卻不是鋰電池強國。

相比日韓,我們差在哪?

首先是技術水平和制造工藝,中國并不占優,跟日韓相比還存在較大的差距,鈷酸鋰、磷酸鐵鋰和三元鋰的核心技術都掌握在日韓電池企業手里。 尤其是日本,其主打高端市場的領先技術,是中國短期內難以超越的。

此外,我國動力電池市場兩極分化明顯,高端優質產品供不應求,低端產品銷售困難,結構性產能過剩現象嚴重制約動力電池產業做大做強。

中國鋰電池產業的突飛猛進,很大程度是受益于“白名單”的保護,隨著“白名單”廢除和補貼退坡,三星SDI、LG化學、松下、SK等外來巨頭重新加入戰局,給我國動力電池企業帶來巨大的壓力。

>>>>固態電池才是電動車救星?

 

今年以來,特斯拉、蔚來、比亞迪、威馬電動車的多起自燃事故,將三元鋰動力電池推上了風口浪尖——這些起火車輛,裝配三元鋰電池的占了絕大多數。


“無論從化學結構還是電池結構來講,三元材料都非常容易發熱,如果不能把熱量及時傳導出去,電池就有爆炸的風險。 ”有專家一針見血指出,在現階段,三元鋰電池的安全可靠性還沒有妥善的解決辦法。


鋰電池在充放電過程中極易發生事故,今年密集出現的電動車著火事故,大部分都發生在車輛充電過程中或者剛剛結束充電后,這導致消費者對三元鋰電池安全性的擔憂與日俱增。

另一方面,能量密度天花板也是三元鋰電池的一個致命傷。

動力電池的能量密度決定了車輛的續航里程。 目前,高鎳的NCM811(NCM即鎳鈷錳)是三元鋰電池的重點突破方向,但目前已現技術瓶頸,即使是量產電動車中能量密度最高的21700 NCA三元鋰電池電芯(特斯拉使用),也只有260Wh/kg。 業界認為,300Wh/kg將是三元鋰電池難以跨越的鴻溝。

三元鋰已黔驢技窮,動力電池的發展瓶頸要如何突破?

號稱能將續航里程提至800公里、幾十秒就能充滿電的固態電池,讓人們看到了希望。

能量密度高是固態電池的最大特點。 當前的全固態鋰電池,能量密度約在400Wh/Kg左右,最大潛力值預計可達900 Wh/Kg,體積重量也比液態的三元鋰電池更小更輕,這使得采用固態電池的車輛擁有更長的續航里程,并且可以輕松實現車身的輕量化。

重要的是,固態電池比液態電池安全多了。 由于固態電池的電極和電解質都由固態物質制成,固態電解質不可燃、不漏液,即使在高溫情況下也不會著火,搭載全固態鋰電池的汽車自燃概率自然大大降低。

因著這兩個優勢,固態電池堪稱電動車的救星。

>>>>2021年或在國內落地應用

 

既然這么神奇好用,市面上的電動車為何不使用固態電池? 原因出在技術和成本。


技術方面,目前的固態電解質電阻太大,尚未找到既能兼顧高倍率又能快充的物質做電解質。 此外,固態電解質的導電率、內阻界面阻抗及相容性也存在問題,這導致固態電池短時間內無法應用于市場。

成本方面,性能良好的材料非常昂貴,這導致固態電池的成本遠高于三元鋰電池,阻擋了固態電池量產使用的腳步。 家電巨頭戴森及時止損不再造車,就與其所使用的固態電池成本太高不無關系。

即使有上述兩大短板掣肘,也不妨礙固態電池被普遍認為是下一代動力電池研發方向的趨勢。

目前,在固態電池研究領域最有話語權的是日本。

日本最大公立研究組織——新能源產業技術綜合開發機構(NEDO),在2008年發布的電池研發路線圖中明確指出,要將固態電池作為未來新一代電池的發展方向。 同一年,日本車企協同38家單位機構成立研發同盟,多方合力,計劃在2022年掌握核心技術。

日本車企對固態電池的技術規劃及應用進度是最快的,其中豐田已經對外展示了處于試制階段的固態電池樣品,計劃于2020年正式用固態電池取代液態電池。

除了日本,全球多個車企也在積極部署固態電池的相關研發工作。 寶馬、福特選擇與美國電池技術公司SolidPower合作,其中福特更是對該公司進行投資,以強化研發協同效果; 現代汽車則投資美國初創企業Ionic Materials,計劃在2025年實現應用固態電池電動車的量產。

國內不少新舊造車勢力,也在加強對固態電池的布局和研發。 新勢力中,蔚來、愛馳、天際表現得最為積極,先后與輝能科技達成固態電池業務方面的合作。 舊勢力的長安、廣汽傳祺、長城、北汽、吉利也有所動作,如長城汽車能量密度達350~500Wh/kg的固態電池,計劃在2025年應用于量產車上; 北汽集團2025年前上市的新車有望搭載400Wh/kg的固態電池。

從這些車企的布局來看,從2021年開始,固態電池將在國內落地應用,電池能量密度在300-500Wh/kg,主要搭載于少量高端電動車; 2025年左右,固態電池將逐步實現商業化,真正在全球范圍內普及。

對電動車生產企業和動力電池企業來說,這是最好的時期,也是最壞的時期。 真正實現彎道超車,或將在此一舉。

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