车市动荡,但对产业链而言,首要的仍是解决当下的问题。在电动化大背景下,解决电池发展的问题依然是电动汽车全面普及的关键。
在3.31-4.2举办的电动汽车百人会2023上,广州巨湾技研有限公司董事长兼CTO黄向东援引国际能源署和可再生能源署的报告称,要达到《巴黎协定》的目标,需要在2030年做到全球零排放汽车占汽车总保有量的比例达到20-25%,零排放商用车和公交车的渗透率分别达到35%和60%以上,充电基础设施比现在增加10倍以上。
在国家层面上,欧美日等主要经济体计划在2035年之前全面“禁燃”。2030年电动汽车的市场渗透率达到50-70%,欧盟希望达到75%,我国则希望到2030年达到40%的渗透率。
去年我国新能源汽车渗透率约为25%,保有量1310万辆,其中零排放电动汽车仅占全国汽车保有量的近3.2%。到2030年,我国电动汽车保有量要增加7-8倍,2027年的渗透率就需为100%。
要实现这个目标,显然还需要加快电动汽车普及的速度。
而目前阻碍新能源车普及的原因,孚能科技股份有限公司董事长王瑀在接受采访时表示主要有两个方面:
一是续航里程低,充电慢,比如500公里的车,实际续航里程大概只有350-400公里左右,冬天更差,尤其是磷酸铁锂电池,冬天只有50%~60%的续航里程。
二是充电时间太长,大部分车快充需要40分钟左右充满70%,慢充则需要8、9个小时。王瑀认为这是制约新能源汽车发展的主要原因。
广州巨湾技研有限公司总裁裴锋则在接受采访时提出,极速充电技术是电动汽车普遍采用的最核心的关键技术,也是最核心的储能器。
结合实践可以看出,目前解决电动车焦虑问题的方案,一方面是从电池本身进行优化,另一方面则是在补能侧进行改良。
在电动汽车百人会上,多名来自国内一线企业和研究机构的专家也就各自对产业发展问题提出了看法与解决方案。
如何解决新能源车用户的焦虑?王瑀认为:
第一,做足续航里程,电池包电量需提升25%,让终端用户有非常好的体验。
第二,消除充电焦虑,目标就是10分钟充满400公里。
第三,降低电池包的价格,做到100美元每千瓦时。
第四,少依赖钴和锂资源。
01.
电池材料的革新
增加续航里程、降低电池包价格、减少对钴和锂的依赖,这些都是对电池本身的发展技术提出了要求。那么,目前电池技术进展如何?
中国电子科技集团第十八研究所研究员肖成伟在百人会论坛上概述了目前液态电池的最新技术进展。
以比亚迪的刀片电池为例,容量150Ah的磷酸铁锂刀片电池单体重量能量密度为190瓦时每公斤,体积能量密度为410瓦时每升,集成后的电池系统重量能量密度为156瓦时每公斤,体积能量密度是295瓦时每升,重量和体积成组系数分别是0.82和0.72。
肖成伟表示,对磷酸铁锂这样一个液态的技术路线来说,这已经是非常高的技术水准。
采用高镍三元正极和高容量硅碳负极的液态高比能三元电池也是目前主流的高能量密度电池方案。
而要进一步提高液态电池能量密度与成本效益,目前的方案主要是通过改进正负极材料来实现。肖成伟也介绍了当前热门的新型电池正负极材料。
首先,是富锂锰基材料,肖成伟表示,其克容量基本可以做到250毫安时每克,与硅碳匹配可使电池能量密度达到400瓦时每公斤及以上。
磷酸铁锂下一步迭代的材料是磷酸锰铁锂材料体系,可以和富锂锰基复配,也可以和三元材料复配,进一步提升电池的密度,可以做到230、240瓦时每公斤的水平。
负极材料的发展路径是从石墨到硅基到锂金属。目前高比能电池里面用的是硅基,包括硅氧和硅碳,需要做的是进一步提高它的循环技术水平。
百人会论坛上,宁夏汉尧富锂科技有限责任公司常务副总经理胡伟也介绍了富锂锰基材料的优势。
首先,常规电压下的富锂锰基材料在目前所有商业化正极材料中是循环稳定性最好的。
其次,高电压下富锂锰基材料可表现出非常高的克容量,是高能量密度电池的理想正极材料。
第三,富锂锰基材料可以跟其他的正极材料进行搭配使用,应用于各种场景。
第四,富锂锰基材料由于富锂的特点,通过应用方式的设计,可起到补锂的作用。
第五,富锂锰基大批量应用目前处于一个初始阶段,其拥有非常多的衍生品,后面会有较大的开发应用空间。
第六,富锂锰基材料是无钴低镍高锰的材料,可大大减少对钴、镍资源的依赖。
而在负极材料方面,安徽盟维新能源科技有限公司联合创始人、CEO周莉莎同样表示,负极方向会从石墨发展到硅碳,到锂金属,未来还会实现更轻量化的超薄锂金属。
相较于石墨和硅碳,锂金属作为负极材料可实现更高的能量密度。周莉莎认为,锂金属电池是高比能电池的终极解决方案。
不过,目前无论在材料研究层面还是工程技术层面都有非常多的问题需要解决。例如,产品级的锂金属电池需要在兼顾高安全、高能量密度的同时大幅度提升循环寿命,而且还要满足包括放电倍率、环境适应性和经济性核心指标。
目前,锂金属电池仍处于实验室阶段。
02.
固态电池什么时候量产?
而在电池体系方面,固液混合和全固态电池则是行业追求的又一个热点。
王瑀在接受采访时也表示,电池发展的终极路线肯定是固态,目前对固态电池的研究各方面进展不错,但是离产业化距离还比较遥远。现阶段各个整车厂都在开发半固态电池,其逻辑主要是减少电解液的量,来解决它的安全问题。
电池的安全事实上都是用了有机电解液的原因,如果没有有机电解液,满充的电池也不会有安全隐患。因此,固态电池将能够解决电池自燃的问题。
肖成伟则给出了更具体的解释。
从产线来看,目前固液混合电池基本上可以借鉴液态电池的生产设备和生产体系。而全固态电池的生产工艺和装备则需要全新的开发。
固态电池的电解质体系包括氧化物、硫化物、卤化物和聚合物四类,不同企业有不同的体系,目前都有比较好的研究和应用。能量密度方面,肖成伟表示目前基本上是240-400瓦时每公斤的分布,正逐步实现量产。
至于后续的发展时间表,肖成伟认为总结起来,固液混合电池大约在2022年做到小批量量产,2025-2027年左右实现固液混合与全固态电池的批量化生产,能量密度大概是400瓦时每公斤,体积能量密度是800瓦时每升左右。到2030年的时候实现全固态电池的生产,能量密度达到500-600瓦时。
王瑀表示,孚能半固态电池已经于2022年9月份量产,主要在赣州跟吉利合资的工厂进行生产,目前已经开始批量供货。
而未来的发展趋势是必须要实现高能量密度的电池,因此,高能量密度电池、固态电池在短中期始终是这个行业中必须持续进行开发的技术。
远景动力执行董事、中国区总裁赵卫军则表示远景动力正在开发低温电池。目前新能源车的地域不均衡问题非常明显,主要是低温问题导致续航里程明显下降。远景动力开发的低温电池已经进行装车测试,在冬季零下20度的条件下可使轿车续航里程提升100公里。
赵卫军表示,解决低温问题可帮助提升我们国家30%区域的市场。预计这款低温产品很快会推向市场。
此外,在去年锂价疯涨的大环境下,不需要使用锂材料的钠离子电池也再次成为行业关注的焦点。智驾网此前也对钠离子电池进行过解读,参见《钠离子电池量产元年来了?》。
相较于锂离子电池,钠离子电池的能量密度较小,但同时成本也大幅降低。王瑀表示,碳酸钠的成本仅两千多元每吨,而即便在碳酸锂价格已经明显下跌的今天,其价格也仍需每吨二十几万。
王瑀表示,今年孚能科技的钠离子电池进入到量产阶段,未来整个计划短期内将用钠电池取代300公里以下的经济车型,中期会取代500公里以下的车型。而未来孚能给整车厂提供的方案将是钠电池和三元相结合的方案。
03.
超级快充是关键吗?
而在补能方面,目前主要有两种路径,一是超级快充,二则是以蔚来为代表的换电体系。
巨湾技研裴锋认为,极速充电,或者说超级快充,是电动汽车普及的赋能器和加速器。2018年美国能源部也做了什么叫极速充电的定义,即XFC(eXtreme Fast Charging),美国能源部的定义就是在10分钟以内充80%。裴锋表示,巨湾技研的超快充技术目前已经能做到最快7.5分钟将电池从0充到80%。
此外,宁德时代、欣旺达等企业也在部署超级快充产品。而包括特斯拉、小鹏、岚图等在内的整车厂也在布局超级快充技术。
深蓝汽车CEO邓承浩认为,新能源汽车的主要焦虑还是来自充电设施不够完善。即便是续航里程达到1000公里的纯电动车,如果无法做到像燃油车那样便捷地获得补能,也依然会让人产生里程焦虑,不敢出远门。
因此,要真正解除新能源车用户的用车焦虑,除了电池技术的发展,还需要完善补能网络。
裴锋表示,巨湾技研将会和行业一起布局整个城市和高速公路的超充网络建设,今年在全国的目标是做到1000座,到明年超过3000座,后年达到1万座。
而蔚来的换电路线则是另一种可实现新能源车补能如加油体验的路线。日前,蔚来第三代换电站刚刚上线。同时,蔚来计划今年新增1000座换电站。
不过,从普及角度来看,要真正实现电动车补能和燃油车加油一样方便,统一标准是更具普适性的做法。裴锋表示巨湾的超级快充技术遵循的是2015年的标准,对于支持超级快充的车型都可以适配。
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