技術路線、安全、回收 專家對動力電池產業做出哪些研判?

原標題:技術路線、安全、回收 專家對動力電池產業做出哪些研判?

動力電池作為新能源汽車的「心臟」,其重要性不言而喻。隨著電動汽車銷量增長,動力電池產量也不斷增加。根據中國汽車動力電池產業創新聯盟發佈的數據顯示,2020年中國動力電池裝車量累計63.6GWh;高工產研鋰電研究所統計數據顯示,中國2020年動力電池市場規模約為650億元,全社會對動力電池的關注不斷提升,就連消費者買車,都知道問一問車輛用的電池是三元還是磷酸鐵鋰。

隨著現有技術不斷成熟,接下來動力電池技術路線應何去何從?電動車自燃引發的熱議也從未休止,未來的電池安全將如何保障?有數據顯示2025年中國退休電池將達到100GWh,國家、企業在電池回收與再利用上又有什麼規劃?

在10月11日-12日於南京召開的2021全球新能源與智能汽車供應鏈創新大會上,行業專家、企業高層共同分享了他們對動力電池行業未來發展趨勢的一些考量:動力電池或將圍繞「降鈷調鎳」進行技術改進,終極方向是固態電池;動力電池安全將在採用穩定材料的同時,通過更精確的數據收集與更精準的演算法模型進行監控;回收利用則需要政府與企業通力合作,實現梯次利用,打造「城市礦山」。

動力電池技術路徑:降鈷勢在必行 固態電池是長期方向

根據中國電池工業協會副理事長黃學傑介紹,目前中國新能源汽車主流的動力電池形式有兩種,分別是安全性高、成本較低、里程有限的鐵鋰電池和里程較長、價格略高、安全性有提升空間的三元鋰電池,這兩種電池都在市場上有不錯的表現。

業內人士向記者介紹,目前的技術,還有進一步發展的空間,主要方向是提升能量密度、降低成本,以此更好地走向市場化、吸引消費者,這也能在一定程度上更好地推進節能減排。而電池材料主要是要向低鈷電池發力。由於中國鈷資源稀缺,絕大多數鈷資源集中在非洲國家剛果,不僅進口價格高,全球儲量也有限。所以電池技術發展一定是要降低電池正極材料中的鈷元素的。現在各大企業、機構都在推進低鈷、甚至是無鈷材料的電池。

低鈷、無鈷電池的方向在哪裡?黃學傑從技術角度主要分享了降鎳、升鎳兩條發展路徑,首先是以「降鎳」為核心,發展鎳錳酸鋰電池。在2010年前後,日產熱銷全球的一款電動汽車聆風曾採用了完全不同於現在技術的電池——錳酸鋰電池。這款電池安全性高,但續航里程有限,黃學傑認為,可以通過在錳酸鋰電池中,將1/4的錳換成鎳(相比後面說的低鈷高鎳三元鋰電池,還是降鎳技術),以此提升電池的高壓,再匹配石墨負極,鎳錳酸鋰電池電壓可達4.5V,高於磷酸鐵鋰電池與三元鋰電池的標準電壓,有更好的能量密度優勢,有效提升續航。黃學傑進一步解釋道,鎳錳酸鋰電池在幾乎只調整了正極材料後,可比磷酸鐵鋰電池單位體積能量提升40%、成本降低20%。目前鎳錳酸鋰電池的技術瓶頸主要在耐高溫和循環性方面,黃學傑表示,自己的團隊已經在此領域實現了突破。

公開資料顯示,目前長城汽車旗下的蜂巢能源打造的「無鈷電池」技術就在向鎳酸鋰電池發力。

黃學傑介紹的第二條發展路徑是在三元鋰電池的基礎上,降鈷升鎳。鎳在成本相比鈷更低的同時,可以為電池提供更高的能量密度,提升續航。高鎳低鈷的電池內部容量可以從160mAh/g提高到180mAh/g,繼續提升到200mAh/g。該技術的極限是把鈷完全去掉的鎳酸鋰電池,結合升級的負極材料,能量密度可以比三元鋰電池提升40%,從現階段的不到700提升到1000Wh/L。目前該技術的突破點在足夠好的壽命和穩定性。新能源汽車巨頭特斯拉現在就在向高鎳低鈷的電池技術發力。

中國電子科技集團公司第十八研究所研究員肖成偉也提到目前高鎳三元材料也可以打造固液混合電池,這類電池作為一個過渡的技術和產品也會有一個非常好的發展前景。公開資料顯示,蔚來汽車就曾計劃將在全新轎車ET7上搭載半固態電池技術。

此外,黃學傑還提到了固態電池的發展。在他看來,固態電池是革命性的技術,全國的「英雄好漢」都在爭項目,希望通過原理創新做出全固態電池,為下一代600Wh/kg的電池做奮鬥,那時候的電池甚至能夠支持飛機的運行。

提升動力電池安全兩步走 升級材料、提高監測能力

上海前晨汽車科技創始人董事長兼首席執行官黃晨東提到,隨著新能源車的保有量不斷擴大,電池前幾年出現了不少安全問題,消費者們也對於電動汽車電池安全問題愈發重視。對此,國家法規不斷嚴格,在提出熱失控提前5分鐘預警的強制標準外,在BMS、放電模式等方面也都建立起了推薦的標準。

在黃晨東看來,為了讓動力電池安全性不斷提升,企業們一方面要不斷應用穩定性更高的材料,另一方面則要做好數據監測。

黃晨東介紹,無論是行業關注的低鎳技術,還是被寄予厚望的固態電池,它們都採用了更加安全的材料。此外,企業們還為電池包加入斷電保護系統、電芯加入防短路材料、匹配液冷恆溫系統,用以升級電池安全;4S店要在消費者維保時對車輛電池的機械結構檢查,企業則需要在平時通過監測的數據對電池進行判斷,其中日常監測尤為重要。

黃晨東認為日常的數據監測有兩個重要的技術環節,一是做到精確高頻次的數據採集、二是建立正確的應力模型進行數據分析。

上海市新能源汽車公共數據採集與監測研究中心副主任丁曉華也提到,數據採集頻率提升十分重要。中國現行標準是30秒出一組數據,實際採樣過程中很多企業要求10秒一組。但此兩種頻率產生的數據不僅不能反映出電池特徵,在一些交通事故回溯過程中的作用也較為有限。

所以丁曉華、黃晨東都提到了將數據的採集頻率提高到1秒。一方面可以對電池進行預警,另一方面相關數據還可以在其它領域協助事件回溯。

在黃晨東看來,除了要在保證精確度的同時將數據的採集頻率提升外,電池監測企業還要在數據分析上從過去的單應力模型向多應力模型轉變。多應力模型要在軟體設計上,把電池倍率、溫度、放電深度、高電壓等因素疊加起來進行實驗驗證,避免一個應力模型抓不到電池的異常特徵導致沒有提前預警。

總之電池系統的安全,不僅要有材料技術的提升,更要有全周期的監控管理,兩者都是未來技術發展的重要環節。

2025年動力電池退休超100GWh 梯次利用與回收使電池成本降低20%以上

隨著新能源汽車經歷多年的發展,一些車輛已經進入了報廢環節。電池回收與再利用也漸漸進入到人們的視野中。中汽數據有限公司資深主管王攀表示,據預測2025年中國動力電池累計退休量將超過100GWh,大量車載電池面臨退休,一方面這些電池多數還處於較好的狀態,只是不再滿足車規級要求,可以作為儲能電池使用;另一方面這些電池富含稀有金屬,可以被視為「城市礦山」,再次提煉。梯次利用協同開發城市礦山對動力電池進行回收,不僅可以降低碳排放,也可以緩解上游原材料價格的上漲以及目前的金屬資源短缺、依賴進口的問題。根據江蘇華友循環科技有限公司總經理鮑偉提供的數據,2020年剛果(金)的鈷含量達到全球的51.5%,中國則只有1%。開展電池梯次利用、對「城市礦山」進行開發十分必要。

動力電池的梯次利用與回收有較積極的市場,其利潤也漸漸顯現出來。王攀表示,從整個電池回收利用經濟性測算,梯次利用的應用場景當中,以租代售的方式用到低速二輪車或者三輪車的經濟性水平相對來說較好、投資周期較短,路燈、船舶、基站備站、儲能也是接下來不錯的發展方向。從再生利用角度看,數據在動態變化中三元鋰電池的利潤一直不錯,隨著碳酸鋰價格的上漲,磷酸鐵鋰電池的再生利用也產生了較高的利潤空間。肖成偉也提到,現在磷酸鐵的價格已經漲到20萬/噸,整個磷酸鐵鋰資源再生的經濟性已經體現得很充分。鮑偉則向記者介紹,在適用的場景下,企業通過梯次利用和再生利用可以使電池成本降低20%以上。

此外,王攀還分享了國際上對動力電池再利用的情況。2020年歐洲對於動力電池的回收出台了《歐洲電池新法》,其中有對「新電池材料當中再生材料的含量提出了比例要求」等一系列引導政策,或直接或間接地推動了電池回收利用的產業發展,甚至形成了涵蓋全生命周期的碳貿易壁壘。

在不斷變幻的國際形勢下,政府、企業協力推進電池梯次利用與回收十分重要。目前國家也在引導動力電池的梯次利用,工信部已聯合其他四部委在8月印發《新能源汽車動力電池梯次利用管理辦法》。王攀補充道,未來可能會有一些機制、補貼優惠、金融支持手段出現,推動電池梯次利用與回收。

新京報貝殼財經記者 白昊天 編輯 徐超 校對 薛京寧

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