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动力电池技术“井喷”式突破

2021-08-02 浏览次数:1,631 次 经济参考报

在政策和市场的双重激励下,动力电池的材料创新和新技术应用开始活跃起来,进入“百花竞秀”状态。不过,专家认为,动力电池技术的突破不会一蹴而就,多种技术路线需要同步发展。

技术革新潜滋暗长

自从进入2021年后,动力电池的材料创新和新技术应用便开始活跃起来。据报道,宁德时代于7月29日推出了钠离子电池。

今年5月底,宁德时代董事长曾毓群曾在股东大会上透露过钠离子电池的相关研发动向,如今,这一新技术终于揭开了面纱。早在20世纪70年代,钠离子电池概念便被提出,但眼下仍处于产业化初期。与锂离子电池相比,钠离子电池拥有三大优势:一是钠离子资源丰富且分布均匀;二是钠离子化合物价格稳定且低廉;三是钠离子电池电化学性能相对稳定,更具安全性。

此前,长城汽车旗下的蜂巢能源也于7月16日宣布,其研发的首款无钴电池正式量产,并会应用于长城欧拉的樱桃猫车型中。

蜂巢能源方面介绍说,此次实现量产的无钴电池能量密度达到了240瓦时/公斤,容量为115Ah-MEB,电芯循环寿命比同级别的高镍三元电池更长,能够轻松通过150℃的热箱测试和140%SOC的过充测试。综合来看,这款电池具有高安全性、高能量密度以及低成本、高循环寿命等核心优势。

根据官方消息,蜂巢能源计划在2021年年底前大批量生产无钴电池。

事实上,随着新能源汽车产业的发展,动力电池在材料和结构方面的创新也在不断推进。

今年1月初,国轩高科、广汽埃安、蔚来汽车和智己汽车相继发布了在电池端采用掺硅补锂技术的硅负极材料。通过这一技术,磷酸铁锂电池的能量密度有了明显提升,使得配套相关电池的车辆可以实现1000公里的超长续航。

据了解,蔚来汽车、智己汽车搭载这种新型材料和技术动力电池的车型将于明年上市,而广汽埃安计划于今年下半年将相关车型推向市场。

而蔚来汽车今年早些时候推出的150瓦时固态电池,更是在业内掀起了轩然大波。

众所周知,液态锂电池一旦受到挤压、穿刺,就会造成隔膜破裂,导致正负极短路,从而引起电池起火甚至爆炸。另外,液态锂离子电池的能量密度也存在天花板。

正是因为拥有安全性和较高能量密度的优势,固态电池被业界称为下一代动力电池。

安全性成重中之重

不论是钠离子电池、无钴电池还是固态电池,业界认为,除了增加续航外,动力电池革新的另一大任务就是提升其安全性。

近日,国家市场监管总局缺陷产品管理中心公布了上半年的汽车召回数据。调查显示,2021年上半年,我国共召回存在缺陷的新能源车辆128.38万辆,约占总召回缺陷车辆的33%,而动力电池正是新能源汽车被召回的最主要原因。

数据显示,今年1月至7月,因动力电池问题而实施召回的车企就有7家,共计召回56399辆问题新能源车。

其中,召回最多的车企是北汽新能源。今年3月23日,北汽新能源决定自2021年3月24日起,召回2016年11月1日至2018年12月21日生产的EX360和EU400两款纯电动汽车,共计31963辆,原因是部分车辆的动力电池系统存在一致性差异,容易导致电池起火。

而最引人关注的无疑是长城汽车与奇瑞公司的召回事件。7月16日,因存在动力电池热失控风险,长城汽车、奇瑞公司主动召回了17623辆新能源汽车。

业界认为,新能源汽车正在进入大规模市场化的快车道,在这个时间节点,动力电池的安全问题有可能成为汽车电动化进程中的“不定时炸弹”。因此,安全技术不仅是动力电池技术革命性突破的第一重点,也是电动汽车可持续发展的生命线。

围绕安全技术的突破,不少动力电池企业开始与时间赛跑。

去年9月29日,宁德时代董事长曾毓群在2020世界新能源汽车大会上透露,宁德时代已经开发出不起火只冒烟的电池产品,将于年底在一些车型上量产。

在宁德时代之后,蜂巢能源也于当年12月2日给出了能让动力电池不起火的系统性解决方案——冷蜂。蜂巢能源方面表示,通过材料、电芯、电池包、监控系统四大层级的原创技术,冷蜂方案能完整解决动力电池的热失控问题。

广汽埃安则在今年3月10日发布了自己的“弹匣电池”系统安全技术,并宣称该技术已突破对三元锂电池安全要求最严苛的“针刺试验”瓶颈。

据了解,广汽埃安的“弹匣电池”技术,既不是纯粹的结构优化,也不是简单的增加隔热,而是从电芯本征安全提升到被动安全强化,再到软件主动防控的一整套安全技术。

业界认为,动力电池的安全是一个系统性问题,既涉及材料研究,也与技术应用、结构优化等问题息息相关。因此,实现电池安全,需要各方面共同努力。同时,在保证安全性的前提下,多种技术路线需要同步发展。

双重激励多元创新

成本高、能量密度不足、保值率低、充电慢、有自燃风险……从零部件的角度来看,当下纯电动汽车所有的槽点都源于动力电池。

为推动电动汽车、车用动力电池等新型动力的研究和产业化,自2004年以来,我国发布了多项相关政策及规划。《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》明确提出,要实施电池技术突破行动;推动动力电池全价值链发展,建设动力电池高效循环利用体系;加快推动动力电池回收利用立法等规划。而根据《促进汽车动力电池产业发展行动方案》,到2025年,新体系动力电池技术力争取得突破性进展,单体比能量达500瓦时/公斤。

在政策和市场的双重激励下,动力电池企业正持续加码研发费用的投入。

数据显示,截至2020年年底,A股带有锂电池概念的上市公司共计75家,而通过统计以上企业近三年的研发投入费用总和后发现,该数值正快速上升:2018年为194.56亿元,2019年升至236.03亿元,2020年这一数字为286.4亿元。

与此同时,75家A股锂电池概念公司的研发投入费用占其营业收入的比例也正逐年增加:从2018年的4.56%和2019年的4.97%,逐步增加到2020年的5.16%。

事实上,正是动力电池企业在研发方面的大力布局和投入,持续推动着动力电池技术和工艺的创新发展,使行业进入“百花竞秀”的状态。

近几年,国内多家电池企业在电池结构、工艺、材料等维度,率先提出了多个“创新概念”,其中一些创新技术或手段已付诸实际应用。比如,宁德时代2019年发布了CTP技术、比亚迪2020年推出刀片电池技术。

此外,孚能科技也在积极储备下一代动力电池技术,其半固态/固态电芯及工艺开发进程正在快速推进,半固态凝胶电池已进入商业化阶段。

不过,目前来看,动力电池制造仍是一个高门槛行业:一方面,其具有以电化学为核心、 多学科交叉的特点,需要企业进行系统研究;另一方面,由于生产工艺复杂、过程控制严格,其原材料的选择、辅助材料的应用,以及生产流程的设置等均需要企业拥有多年的技术经验积累。与此同时,由于动力电池企业不仅需要在磷酸铁锂、三元等多种现有技术路线下,对能量密度、安全性、快充性能、使用寿命等诸多维度进行“深挖”、优化,并做好平衡,还需要兼顾下一代可能的电池技术方向,并提前布局。

正因为如此,市场人士认为,动力电池技术的突破不会一蹴而就,我们不仅需要加强电池材料等方面的基础研究,明确企业在技术路线选择中的主体地位,也要完善动力电池商业生态,并与大数据、云计算、人工智能等新技术结合起来,通过新的智能制造技术提升电池产品性能,并加速动力电池的智能化。

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