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谁能主导下一代电池?

作者:记者 许亚杰 来源:中国青年报 发布时间:2022-11-03 浏览:

中国储能网讯:今年1-9月,我国动力电池累计销量达367.0GWh,累计同比增长243.8%。作为新能源汽车的“心脏”,涨势喜人的动力电池产业被认为是汽车产业发展的一大保障。图为2022世界动力电池大会上展出的新能源汽车及动力电池。视觉中国供图

发展电池技术、提升电池性能,是决定新能源车能否实现可持续发展的核心因素。而动力电池技术创新则是一个体系化的过程,往往会涉及材料创新、结构创新、生产工艺改进等多个领域。图为孚能科技位于江苏镇江的锂离子动力电池智能制造工厂生产线。

中国汽车动力电池产业创新联盟的统计数据显示,今年1-9月,我国动力电池累计销量达367.0GWh,累计同比增长243.8%。其中三元锂电池累计销量163.8GWh,占总销量44.6%,累计同比增长232.4%;磷酸铁锂电池累计销量203.0GWh,占总销量55.3%,累计同比增长257.8%。

作为新能源汽车的“心脏”,涨势喜人的动力电池产业被认为是汽车产业发展的一大保障。但对于那些同时面临产品升级与成本压力的车企来说,如何避免陷入供应链和产能的挣扎中,仍然是不容忽视的一大问题。

上海钢联发布的数据显示,11月1日,部分锂电材料报价上涨。其中电池级碳酸锂涨4500元/吨,均价报56.6万元/吨;工业级碳酸锂涨4500元/吨,均价报55.15万元/吨,创历史新高。

记者注意到,今年以来,随着电池上游原材料涨价,出于稳定供应链的考虑,不少车企开始与更多的电池生产商建立合作关系。一方面,部分车企接连投资动力电池企业,还有越来越多的车企开始自研电池;另一方面,宁德时代、孚能科技等明星动力电池企业的装机量持续稳定上升,中国动力电池企业在全球新能源汽车产业链中的重要位置日益凸显。

有分析人士表示,就像此前整车企业与零部件企业的共同创新推动了燃油车的技术突破、产品创新,进入新能源汽车时代后,车企与动力电池企业之间的选择也是相互的、动态的。“事实上,一些车企在构建新的供应链时,特意加强了与动力电池企业之间的合作,这更有助于实现中国新能源汽车产业链和价值链的全面提升。”

技术路线多样化

近年来,无论是车企还是消费者,对动力电池的要求都在迅速提高。有不少业内人士表示,要想解决新能源汽车续航不足、充电时间过长等痛点,还需要相关企业尤其是动力电池企业大胆革新,持续推动电池技术进步。

与此同时,随着动力电池行业竞争加剧,各大厂商的研发创新已不局限于对电池系统结构和电芯方面的改造升级。今年以来,不少更具性价比、创造力、前瞻性的技术不断出现,如钠离子电池、半固态电池,以及更具颠覆性的固态电池等,动力电池技术路线呈现“百花齐放”。

在孚能科技董事长王瑀博士看来,随着电池技术不断迭代、能量密度逐步提升,如今整个行业能量密度向300Wh/kg以上靠拢,电动汽车终于在续航里程表现上开始追平甚至超越燃油车,续航里程不再成为制约行业发展的瓶颈。

“但这并不意味着清洁能源已经完成了对化石能源的逆袭。在里程性能之外,人们仍然有着其他的需求:充电时间能不能更节约?成本能不能降低?安全能不能可控?”他同时坦言,动力电池能量密度的革命远未走到尽头,至少还有近10倍的增长空间需要从业者去努力实现。

资料显示,动力电池根据正极材料,可分为三元材料电池、磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、钴酸锂电池等。如果根据封装方式和形状,则可分为方形电池、软包电池和圆柱电池。

统计数据显示,以三元锂电池与磷酸铁锂电池为代表的锂离子电池仍是当前我国新能源车动力电池的主要技术方向。一方面,以宁德时代麒麟电池、比亚迪刀片电池、特斯拉4680电池为代表的创新产品各领风骚;另一方面,软包电池凭借能量密度高、安全性强、布局灵活、轻量化好、循环寿命长等优点,备受国内外车企尤其是高端品牌的青睐,成为动力电池技术路线的重要发展方向。

据招商证券测算,2025年全球软包电池装机量有望达到650GWh,而孚能科技是目前国内连续4年业内排名第一的龙头企业,产品主要包括三元软包动力电池电芯、模组及电池包等。

今年9月,孚能科技推出了全新动力电池解决方案——SPS(Super Pouch Solution)。与单一的系统结构设计创新不同,SPS集大软包电芯、大软包电池系统、大软包电池制造和直接回收四大创新技术于一体,是一整套涵盖“从电芯到系统、从制造到回收”的创新解决方案,在续航里程、充电效率、降本增效、适配车型等方面均实现了大幅提升。

据介绍,得益于大软包电芯卧式布置设计,孚能科技SPS使电池系统部件减少50%,材料成本降低33%,提升体积利用率到75%。与搭载4680圆柱电池的车型相比,孚能科技SPS的体积利用率高出12%,拥有3倍循环寿命,导热效率提升60%。

在发布会上,孚能科技展示了2.4C、3C和4C三种倍率快充电芯,对应带电量150kWh、100kWh和75kWh,对应续航里程1000km、800km和600km,充电10分钟分别能实现400km、400km和560km的续航里程。此外,同步升级的制造工艺,使SPS具备可观的投资产出比。尤其是该方案让软包电池的直接回收技术更加成熟,不仅减少了能耗,还能进一步提升材料利用率,帮助企业和用户降低成本。

谁能主导下一代电池

从近年来比亚迪刀片电池、特斯拉4680圆柱电池、孚能科技SPS等新品推动电芯结构创新,到电池车身一体化技术、电池底盘一体化技术的系统结构创新,近年来,电池企业和车企无不在为追求“低成本、高性能和高安全性”的最佳平衡而孜孜不倦地奋斗着。

事实上,目前全球动力电池产能集中于中、日、韩三国,全球出货量占比连续多年保持90%以上。自2015年赶超日本成为全球最大的动力电池生产国后,我国在全球市场份额占比持续上升,已占据绝对优势。经过多年积累,不仅我国电池企业的各项发明专利领先世界,上下游产业链的资源配置与布局也更加合理。

独立汽车分析师白德认为,中国新能源汽车产业起步较早,且市场渗透率日益提高,因此不论是车企还是消费者,都希望使用技术先进的产品,同时价格也要具有竞争力。

“锂离子电池是目前最成熟的一条技术路线。长期以来,车企和动力电池企业努力探索更安全、更先进和更实惠的技术路线,推动了我国动力电池技术不断向前发展。”白德表示,新能源汽车早期存在的动力电池能量密度低、续航里程短等短板已基本得到解决,充电速度慢、怕低温等情况也在不断改善中。

以充电效率为例,近年来,随着新能源汽车长途出行的需求激增,因充电桩分布不均、充电慢而产生的用户焦虑屡屡成为全社会热议的话题。

为有效地解决充电慢这一难题,孚能科技全自主研发超充超压平台技术,使“800VTC超充超压技术”应运而生。

“这是业内首个量产的800V技术平台,充电倍率达到2.2C-4C,SOC10%-80%充电仅需15分钟,处于行业超一流水平。”孚能科技相关产品负责人告诉记者,在温控方面,800V快充系统电流及内阻小,温升小,安全性高;在系统层面,800V快充系统可实现桩和车进一步集成化,逆变器、线束、连接器体积减小,增加布电空间,空间和经济性更有优势。

再比如,为了解决电动车在严寒环境面临的系列难题,孚能科技SPS大软包电芯的全极耳和叠片工艺带来了更低内阻和更好低温放电表现。实验数据显示,在零下20摄氏度的低温环境中,SPS系统容量可保持在90%以上,同时充电时间缩短一半。

“动力电池技术创新是一个体系化的过程,往往会涉及很多方面的核心技术。”有业内技术专家表示,为新能源汽车装上更抗冻的“心脏”,让其能保持与常温状态下几乎相同的续驶里程,只是动力电池技术创新的目标之一。

正如中国汽车工业协会副秘书长师建华所说,新能源汽车还属于新生事物,目前还处在发展初期阶段,做好动力电池是新能源汽车产业发展的核心要求。因此,动力电池技术路线必将是多元化发展的趋势。“哪条动力电池技术路线符合社会要求和市场需求,它就是更好的。”

有专家预测称,在未来5至10年内,动力锂电池仍将主导新能源电池产业发展,是新能源车电池的“主力军”。同时,随着动力电池技术日趋成熟,规模效应会使动力电池量产成本下降,新能源汽车的优势还将进一步凸显。

创新无止境,科技助强心

所谓“得新能源电池者得天下”,电池被认为是影响新能源车能否实现长期稳定发展的核心因素。

按照“投产一代、储备一代、研发一代”的行业发展规律,2023年,孚能科技将推出钠离子、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂等电池的第一代产品。值得注意的是,孚能科技已开始量产第一代半固态电池。相关工程师表示,通过半固态逐渐减少电解液,可极大降低车辆自燃的风险,使车辆安全性能大幅提升。

《新能源汽车产业发展规划(2021~2035)》提出,要基于现有动力电池技术优势迭代,促进新型电池技术兴起。其中,“加快固态动力电池技术研发及产业化”成为各方关注的焦点。

有分析认为,未来固态锂电池产业的发展将基于现有的液态锂电池技术,实现“液态-半固态-固态”的转变,逐步完成对电解液隔膜和正负极材料的替代。中汽数据预计,全球固态电池有望2030年实现产业化。

王瑀透露称,孚能科技已经进入产业化的330Wh/kg半固态电池产品,具有高能量密度、高安全、耐低温、高倍率、长寿命等技术优势。

“为达到未来理想的电池要求,孚能科技在坚持高能量密度技术发展主线的同时,集成多领域前沿技术,积极打造综合效能最优化的电池标杆。”王瑀认为,未来理想的电池应拥有超快充、高续航、高安全、高能量密度、高回收利用率、丰富储量元素的电池化学体系6大特色。

韩国市场研究机构SNE Research曾预测称,2022年全球电动车电池总产能将达到1273GWh,同比增长28.1%。另有统计数据显示,在装机量排名前十的电池企业中,中国企业占据六席。

白德提醒说,在动力电池与新能源汽车产业同时狂飙突进的今天,锂矿资源来源、成本问题,以及整车企业与动力电池企业之间“既合作,又不得不防止供应链风险”的微妙关系,接下来将成为各方密切关注的焦点。

有市场分析人士表示,由于近年来中国新能源汽车销量迅猛增长,同时国内外新冠肺炎疫情防控形势复杂,包括动力电池等核心零部件在内的供应链面临前所未有的考验。不少车企为了降低“断供”风险,不愿意把鸡蛋放在同一个篮子里,不太愿意让某一家供应商一家独大。

中国汽车工业协会的相关负责人预测称,在稳经济、促消费政策持续作用下,今年四季度汽车产销量将继续保持较快增长,新能源汽车以及汽车出口延续良好发展势头,全年汽车市场将实现稳增长目标。

白德总结说,当越来越多的企业主动参与到动力电池产业的技术革命中,新能源汽车行业整体的蛋糕才能不断做大,这更利于相关产业链的长足发展。“各种技术创新不断打破动力电池原有的技术上限,有力推动了新能源汽车的普及。当然,未来市场竞争的激烈程度将只增不减,行业洗牌即将来临。”

中青报·中青网记者 许亚杰 来源:中国青年报

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