動(dòng)力電池：挑戰(zhàn)無(wú)極限 追逐能量密度比有風(fēng)險(xiǎn)

特斯拉這兩天再度賺足眼球。外媒報(bào)道,特斯拉近日在股東郵件中提供了特斯拉Model 3的電池技術(shù)明細(xì),其中包括目前其電池所采用的原材料配比。

早前,馬斯克宣稱率先被使用到Model 3中的21700鋰電池單體能量密度接近300瓦時(shí)/公斤,幾乎是世界上能量密度最高的量產(chǎn)鋰離子電池。特斯拉是否又創(chuàng)下一個(gè)世界之最,我們拭目以待。

據(jù)參考消息網(wǎng)5月14日?qǐng)?bào)道,美媒稱,2018年一季度,中國(guó)貢獻(xiàn)了全球新能源汽車總銷量的一半左右。特斯拉宣稱,其最新推出的電池能20分鐘充滿電、續(xù)航350公里。中國(guó)擁有如此龐大的市場(chǎng),是否能造出類似的超級(jí)電池?我國(guó)新能源汽車使用的電池目前尚未稱雄世界,究竟是受限于制造材料還是關(guān)鍵技術(shù)?或者是因?yàn)檫x擇了不同的技術(shù)路線?

挑戰(zhàn)無(wú)極限 追逐能量密度比有風(fēng)險(xiǎn)

“特斯拉宣稱電池單體能量密度最高為300瓦時(shí)/公斤,電池能量密度越高,出現(xiàn)燃燒爆炸的事故幾率就越高。”中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)動(dòng)力電池應(yīng)用分會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)張雨說(shuō),電池的核心在電池管理系統(tǒng),雖然特斯拉通過(guò)電池系統(tǒng)管理技術(shù)較好地解決了能量密度提升帶來(lái)的熱失控問(wèn)題,而且通過(guò)汽車設(shè)計(jì)成功地規(guī)避了三元鋰電池循環(huán)壽命短的難題。但如果要進(jìn)一步提升能量密度,會(huì)對(duì)電池安全管理提出更大挑戰(zhàn)。

特斯拉宣稱的能量密度最高的鋰離子電池,在業(yè)界專家眼里也并非盡善盡美。

中國(guó)工程院院士楊裕生在多個(gè)場(chǎng)合強(qiáng)調(diào),不斷地提高電池的比能量是一條非常危險(xiǎn)的路。

此前,中國(guó)科協(xié)主席萬(wàn)鋼曾公開(kāi)表示,從市場(chǎng)上看,續(xù)駛里程確實(shí)是電動(dòng)汽車技術(shù)進(jìn)步的重要標(biāo)志,但它的實(shí)現(xiàn)并非是簡(jiǎn)單增加車載電池量就能解決。

“電池的能量密度越大,單位體積內(nèi)存儲(chǔ)的電量就越大,電池能量密度和裝載量決定電動(dòng)汽車的續(xù)航。過(guò)去十幾年間,電池能量密度的提升,主要就是靠電池材料本身的技術(shù)進(jìn)步及電池中活性物質(zhì)占比的提升來(lái)實(shí)現(xiàn)。”合肥國(guó)軒高科動(dòng)力能源有限公司工程研究院副院長(zhǎng)楊續(xù)來(lái)表示,通過(guò)增大電池尺寸降低殼體等輔材的重量,也能達(dá)到電池能量密度提升的效果。

對(duì)擔(dān)負(fù)著國(guó)家彎道超車使命的新能源產(chǎn)業(yè)而言,動(dòng)力電池的重要性不言而喻。不少業(yè)內(nèi)人士坦承,動(dòng)力電池是新能源汽車的心臟,新能源汽車能走多遠(yuǎn),主要取決于動(dòng)力電池。

值得注意的是,根據(jù)《中國(guó)制造2025》動(dòng)力電池發(fā)展規(guī)劃:到2020年,國(guó)產(chǎn)電池能量密度將達(dá)到300瓦時(shí)/公斤。專家認(rèn)為,我國(guó)在積極推動(dòng)高比能量電池的發(fā)展,但電池的安全和比能量的關(guān)系問(wèn)題依然值得研究。

技術(shù)雖有難題 本土企業(yè)也能生產(chǎn)

業(yè)內(nèi)專家表示,不僅是特斯拉的電池系統(tǒng)控制能力,整車設(shè)計(jì)也并非大多數(shù)中國(guó)車企短期內(nèi)能模仿和超越的。那么,中國(guó)本土企業(yè)能造出如特斯拉般續(xù)航強(qiáng)勁的三元鋰電池嗎?

在電池的四大主材——正極材料、負(fù)極材料、電解液和隔膜中,正極材料不但占到成本的40%,且直接決定電芯的能量密度。根據(jù)正極材料技術(shù)路線,動(dòng)力電池可主要分為磷酸鐵鋰、三元鋰(NCA/NCM)和錳酸鋰電池三類。

根據(jù)正極材料的構(gòu)成,三元鋰電池分為NCA和NCM兩類。NCM是指正極材料由鎳鈷錳三種材料按一定比例組合而成,而NCA的正極材料是由鎳鈷鋁構(gòu)成。特斯拉此次宣稱的強(qiáng)勁續(xù)航電池屬于三元鋰NCA電池。

中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)動(dòng)力電池應(yīng)用分會(huì)研究部主任周波表示,NCA的生產(chǎn)工藝條件更為苛刻,制作工藝存在門檻。更重要的是,NCA材料的技術(shù)壁壘也很高,目前產(chǎn)能主要集中在日韓,我國(guó)量產(chǎn)較少。

“NCA電池在國(guó)內(nèi)也可以做,去年國(guó)內(nèi)某重點(diǎn)材料企業(yè)給日本松下供貨1000多噸?！睆堄暾f(shuō)。

但據(jù)記者了解,國(guó)內(nèi)NCA材料及其電池的產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)起步較晚,目前有多家企業(yè)開(kāi)始中試和小批量試產(chǎn),還有一些技術(shù)問(wèn)題需要解決,并沒(méi)有形成批量生產(chǎn)及銷售。同時(shí),生產(chǎn)材料受限,國(guó)外NCA材料市場(chǎng)主要為住友金屬、日本化學(xué)產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社等壟斷。

張雨分析說(shuō),NCA電池在中國(guó)未能大量生產(chǎn)的深層次原因還在于,由于熱穩(wěn)定性較差導(dǎo)致電池的安全性下降,電池生產(chǎn)企業(yè)和終端產(chǎn)品用戶對(duì)NCA電池的安全性心存顧慮,這需要從電芯設(shè)計(jì)、電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電源使用等環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)可靠的安全設(shè)計(jì)。而從加工角度來(lái)說(shuō),NCA電池需要純氧環(huán)境、加工成本較高,在電池生產(chǎn)全過(guò)程均要控制濕度在10%以下,這些對(duì)國(guó)內(nèi)企業(yè)都存在很大挑戰(zhàn)。

基于技術(shù)、成本和補(bǔ)貼的因素,中國(guó)主要選擇了NCM路線,但這也并不代表NCA路線沒(méi)有新機(jī)會(huì)。

成本影響市場(chǎng) 特斯拉未必是標(biāo)桿

盡管中國(guó)本土企業(yè)并不是造不出三元鋰電池,但特斯拉挑戰(zhàn)極限的三元鋰電池,并不一定是我國(guó)新能源汽車電池研究、生產(chǎn)的唯一目標(biāo)。

來(lái)自中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)動(dòng)力電池應(yīng)用分會(huì)的數(shù)據(jù)顯示,從不同電池材料類型來(lái)看,2017年1—12月三元鋰電池裝機(jī)量為16.04千兆瓦時(shí),占比為44.01%;磷酸鐵鋰電池裝機(jī)量為17.97千兆瓦時(shí),占比為49.29%;錳酸鋰電池裝機(jī)量為1.48千兆瓦時(shí),占比為4.06%……

業(yè)內(nèi)人士告訴科技日?qǐng)?bào)記者,在國(guó)家政策主導(dǎo)和市場(chǎng)環(huán)境加持下,我國(guó)鋰電池技術(shù)路線為磷酸鐵鋰和三元鋰電池并重。然而,即便在三元鋰電池的技術(shù)路線發(fā)展上,國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池制造廠家的選擇也有側(cè)重,選擇NCM路線者眾,而鮮有選擇特斯拉使用的NCA路線者。

NCA電池已經(jīng)大規(guī)模、成熟量產(chǎn),且得到商業(yè)上的驗(yàn)證;而高能量密度的NCM電池,目前還未大規(guī)模量產(chǎn)。業(yè)界專家表示,兩者性能上比較接近,但高能量密度的NCM價(jià)格略便宜。所以,從性價(jià)比而言,NCM更符合我國(guó)市場(chǎng)。

“從某種意義上來(lái)說(shuō),其實(shí)是磷酸鐵鋰成就了中國(guó)的新能源汽車。從成本角度來(lái)說(shuō),磷酸鐵鋰更占優(yōu)勢(shì),我們預(yù)測(cè)將來(lái)磷酸鐵鋰電池市場(chǎng)空間應(yīng)該比三元鋰電池更大?！睏罾m(xù)來(lái)告訴科技日?qǐng)?bào)記者,現(xiàn)階段三元鋰電池的發(fā)展趨勢(shì),得益于國(guó)家政策導(dǎo)向?qū)Ω弑饶芰侩姵氐囊?要求電池能量密度高、續(xù)航里程遠(yuǎn)。當(dāng)然,三元鋰電池?fù)碛懈叩谋饶芰亢捅裙β?更符合乘用車的需求,但將來(lái)未必一定是市場(chǎng)主流。