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動力電池:挑戰無極限 追逐能量密度比有風險

作者:admin來源:中國電源網 日期:2018-5-17 15:49:00 人氣: 標簽:

三分彩大小平台网站 www.mzkqlp.com.cn   特斯拉這兩天再度賺足眼球。外媒報道,特斯拉近日在股東郵件中提供了特斯拉Model 3的電池技術明細,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/公斤,幾乎是世界上能量密度最高的量產鋰離子電池。特斯拉是否又創下一個世界之最,我們拭目以待。

  據參考消息網5月14日報道,美媒稱,2018年一季度,中國貢獻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、續航350公里。中國擁有如此龐大的市場,是否能造出類似的超級電池?我國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鍵技術?或者是因為選擇了不同的技術路線?

  挑戰無極限 追逐能量密度比有風險

  特斯拉宣稱電池單體能量密度最高為300瓦時/公斤,電池能量密度越高,出現燃燒爆炸的事故幾率就越高。中國化學與物理電源行業協會動力電池應用分會秘書長張雨說,電池的核心在電池管理系統,雖然特斯拉通過電池系統管理技術較好地解決了能量密度提升帶來的熱失控問題,而且通過汽車設計成功地規避了三元鋰電池循環壽命短的難題。但如果要進一步提升能量密度,會對電池安全管理提出更大挑戰。

  特斯拉宣稱的能量密度最高的鋰離子電池,在業界專家眼里也并非盡善盡美。

  中國工程院院士楊裕生在多個場合強調,不斷地提高電池的比能量是一條非常危險的路。

  此前,中國科協主席萬鋼曾公開表示,從市場上看,續駛里程確實是電動汽車技術進步的重要標志,但它的實現并非是簡單增加車載電池量就能解決。

  電池的能量密度越大,單位體積內存儲的電量就越大,電池能量密度和裝載量決定電動汽車的續航。過去十幾年間,電池能量密度的提升,主要就是靠電池材料本身的技術進步及電池中活性物質占比的提升來實現。合肥國軒高科動力能源有限公司工程研究院副院長楊續來表示,通過增大電池尺寸降低殼體等輔材的重量,也能達到電池能量密度提升的效果。

  對擔負著國家彎道超車使命的新能源產業而言,動力電池的重要性不言而喻。不少業內人士坦承,動力電池是新能源汽車的心臟,新能源汽車能走多遠,主要取決于動力電池。

  值得注意的是,根據《中國制造2025》動力電池發展規劃:到2020年,國產電池能量密度將達到300瓦時/公斤。專家認為,我國在積極推動高比能量電池的發展,但電池的安全和比能量的關系問題依然值得研究。

  技術雖有難題 本土企業也能生產

  業內專家表示,不僅是特斯拉的電池系統控制能力,整車設計也并非大多數中國車企短期內能模仿和超越的。那么,中國本土企業能造出如特斯拉般續航強勁的三元鋰電池嗎?

  在電池的四大主材正極材料、負極材料、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。根據正極材料技術路線,動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。

  根據正極材料的構成,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成。特斯拉此次宣稱的強勁續航電池屬于三元鋰NCA電池。

  中國化學與物理電源行業協會動力電池應用分會研究部主任周波表示,NCA的生產工藝條件更為苛刻,制作工藝存在門檻。更重要的是,NCA材料的技術壁壘也很高,目前產能主要集中在日韓,我國量產較少。

  NCA電池在國內也可以做,去年國內某重點材料企業給日本松下供貨1000多噸。張雨說。

  但據記者了解,國內NCA材料及其電池的產業化開發起步較晚,目前有多家企業開始中試和小批量試產,還有一些技術問題需要解決,并沒有形成批量生產及銷售。同時,生產材料受限,國外NCA材料市場主要為住友金屬、日本化學產業株式會社等壟斷。

  張雨分析說,NCA電池在中國未能大量生產的深層次原因還在于,由于熱穩定性較差導致電池的安全性下降,電池生產企業和終端產品用戶對NCA電池的安全性心存顧慮,這需要從電芯設計、電源系統設計、電源使用等環節進行系統可靠的安全設計。而從加工角度來說,NCA電池需要純氧環境、加工成本較高,在電池生產全過程均要控制濕度在10%以下,這些對國內企業都存在很大挑戰。

  基于技術、成本和補貼的因素,中國主要選擇了NCM路線,但這也并不代表NCA路線沒有新機會。

  成本影響市場 特斯拉未必是標桿

  盡管中國本土企業并不是造不出三元鋰電池,但特斯拉挑戰極限的三元鋰電池,并不一定是我國新能源汽車電池研究、生產的唯一目標。

  來自中國化學與物理電源行業協會動力電池應用分會的數據顯示,從不同電池材料類型來看,2017年112月三元鋰電池裝機量為16.04千兆瓦時,占比為44.01%;磷酸鐵鋰電池裝機量為17.97千兆瓦時,占比為49.29%;錳酸鋰電池裝機量為1.48千兆瓦時,占比為4.06%……

  業內人士告訴科技日報記者,在國家政策主導和市場環境加持下,我國鋰電池技術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路線發展上,國內動力電池制造廠家的選擇也有側重,選擇NCM路線者眾,而鮮有選擇特斯拉使用的NCA路線者。

  NCA電池已經大規模、成熟量產,且得到商業上的驗證;而高能量密度的NCM電池,目前還未大規模量產。業界專家表示,兩者性能上比較接近,但高能量密度的NCM價格略便宜。所以,從性價比而言,NCM更符合我國市場。

  從某種意義上來說,其實是磷酸鐵鋰成就了中國的新能源汽車。從成本角度來說,磷酸鐵鋰更占優勢,我們預測將來磷酸鐵鋰電池市場空間應該比三元鋰電池更大。楊續來告訴科技日報記者,現階段三元鋰電池的發展趨勢,得益于國家政策導向對高比能量電池的要求,要求電池能量密度高、續航里程遠。當然,三元鋰電池擁有更高的比能量和比功率,更符合乘用車的需求,但將來未必一定是市場主流。

  來源:科技日報

  作者:劉垠

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