刀片、石墨烯、“无钴”电池,谁才是动力电池的未来

胡挹工 来源:人民网 编辑:jianping 刀片石墨烯无钴动力电池
在今年的全国两会上,新能源汽车的发展再一次受到国家和代表委员的重视,政府工作报告中提出,将重点支持既促消费惠民生又调结构增后劲的“两新一重”建设,主要是加强新型基础设施建设,发展新一代信息网络,拓展5G应用,建设充电桩,推广新能源汽车,激发新消费需求、助力产业升级。目前,我国已经连续数年成为新能源汽车产销
磷酸铁锂、石墨烯、无钴电池究竟哪种技术路线最靠谱


比亚迪的刀片电池让磷酸铁锂电池重新回到了人们的视野当中。此前磷酸铁锂在与三元锂电池的竞争中落在下风,一方面有政策的原因,但另一方面,能量密度低、低温稳定性不高也确实是劣势。但是其成本低、稳定性可靠的优点同样不容忽视。


如今比亚迪的刀片电池,正是磷酸铁锂电池基础上优化改良的结果。简单来说就是比亚迪把电芯做得更薄更长更扁平化,这样体积能量密度就大幅提升了(从251Wh/L提升至332Wh/L),续航也就相应提高,第一款搭载刀片电池的比亚迪汉EV综合工况续航605公里,进入了600km也就意味着进入了目前电池续航能力第一梯队。在比亚迪发布刀片电池的发布会上,比亚迪董事长王传福表示,“刀片电池”是在技术纠偏,“正是对电池能量密度不切实际的追求,彻底带偏了动力电池行业的发展路线,并让新能源汽车的安全口碑付出了极其惨重的代价。”


三元锂电池一直以来的拥趸特斯拉,如今也看上了磷酸铁锂电池,国产Model3的短续航版本就将搭载宁德时代提供的磷酸铁锂电池。对特斯拉来说,这个版本的Model3续航没必要干到600km+,最重要的是成本能更低就够了。只不过不管是比亚迪还是特斯拉/宁德时代,都有一个问题待解,就是磷酸铁锂电池的低温性能差问题。


此外,也有业内人士指出,刀片电池其实只是结构上的创新,也就是说,在更好的工艺水平下,在电池包里中加入更多的电芯,更好的利用电池包的体积和空间,这意味着这样的改良存在上限。


相比比亚迪刀片电池,广汽新能源的石墨烯电池则更加令人侧目。因为一直以来,石墨烯的产业化一直是未解的难题。


2010年,荷兰物理学家安德烈·海姆和拥有英国与俄罗斯双重国籍的物理学家康斯坦丁·诺沃肖洛夫作为石墨烯的发现者获得了诺贝尔物理学奖。从此石墨烯开始进入大众视野。2017年,国家工信部制定《十三五材料领域科技创新专项规划》,将石墨烯材料技术划为重点发展领域。此后,石墨烯因具备超轻、超高强度、超强导电性等特性,被认为是提高电池充电速度、推动动力电池技术进步的重要技术。一旦石墨烯作为动力电池的工业化方案可行,那么电动汽车充电慢、续航里程不足、以及安全性方面的痛点都能够迎刃而解。然而石墨烯在实际中,商业化依旧非常困难。业内也有少专家认为,石墨烯电池是仅仅存在实验室中的技术,工业化进程还难以实现。


不过广汽新能源坚信石墨烯电池可以从实验室走向市场。他们对外宣布,基于三维结构石墨烯(3DG)材料的“超级快充电池”,将在今年底搭载在Aion车型上。目前广汽并未公布石墨烯电池更多的技术细节,仅仅表示8分钟即可充满新能源汽车85%的电量,广汽究竟能否成功,今年年底就将揭晓。


再来看看无钴电池。事实上,与磷酸铁锂类似,导致无钴电池技术发展的根源,也来自于汽车企业降低成本的需要。无钴电池指的并非本身就不含钴的磷酸铁锂电池,而是去掉了钴之后的三元锂电池。


当前,新能源汽车市场常用电池分别为以镍钴锰(NCM)为主要材料的三元锂电池。然而,公开资料显示,作为动力电池正极材料中的重要元素之一,钴不但可以稳定材料的层状结构,而且可以提高材料的循环和倍率性能。但是钴在地壳中的含量较低,如果不考虑回收,未来钴或将供不应求。而随着新能源汽车保有量的迅速增长,钴价格也使得电池成本居高不下。有分析指出,尽管目前一些电池的“高镍低钴”趋势满足了企业的降本需求,但另一方面“高镍低钴”可能会导致电池过热,容易引起燃烧,安全性会受到影响。所以,要做到真正的“无钴化”,必须要有一定的技术突破。


蜂巢研发的NMX无钴电池,属于镍锰体系无钴电池的一种,去掉了钴之后提高镍比例,再掺杂其他元素,改善热稳定性,再通过包覆物质提升工作电压,进而提升能量密度。事实上,这种镍锰体系无钴电池许多企业都在做,包括宁德时代,甚至特斯拉也在自行研发。但区别是这其中的元素和配比,各家企业都需要大量的试错和调整,找到最优方案。长城集团旗下的蜂巢科技最早宣布了这项技术的量产化,据悉最终的成果L6薄片无钴长电芯,寿命达到15年120万公里,综合续航880km,相关负责人表示明年下半年能够量产。


业内人士分析指出,目前动力电池技术多种路线的产生,恰恰也从一个角度反映出,目前尚未有能够解决一切新能源汽车技术发展痛点的技术产生。发展新能源汽车早已上升到我国国家战略层面,电池技术的突破更是我国新能源汽车产业技术突破的关键。以目前的产业格局看,可以确定的是,磷酸铁锂电池将重回席位,并且在续航短、成本低的入门级车型领域重受青睐;而无钴的三元锂电池也很可能在长续航的中高端车型上占据主力。不管推出的重磅技术是真正的技术突破还是资本市场的烟幕弹,技术发展的目的是让电动汽车变得充电更快、安全性更可靠、跑得更远。


随着我国新能源汽车产业不断发展,市场终将占据主导,在这样的情况下,无论是在技术层面还是商业层面,迎来突破都将只是时间问题。

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