中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：除了需要大幅擴(kuò)張產(chǎn)能規(guī)模以保持競爭優(yōu)勢(shì)外，未來幾年動(dòng)力電池企業(yè)還面臨著提升產(chǎn)品能量密度的“攻堅(jiān)戰(zhàn)”。
這場戰(zhàn)斗的壓力主要來源于國家政策。一方面，根據(jù)2016年12月出臺(tái)的補(bǔ)貼新政，將以動(dòng)力電池為補(bǔ)貼核心，并以能量密度為補(bǔ)貼調(diào)整系數(shù)的依據(jù);另一方面，根據(jù)“十三五”規(guī)劃，到2020年，國家目標(biāo)要實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池300-350wh/kg的能量密度。
事實(shí)上，國家政策引導(dǎo)之下，大力提升動(dòng)力電池能量密度已成為業(yè)界共識(shí)。在近日舉行的國軒高科股份有限公司第六屆科技創(chuàng)新大會(huì)暨十周年慶典上，國軒高科董事長李縝特別指出，其實(shí)動(dòng)力電池技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵就三個(gè)，一是安全，二是壽命，三是能量密度。關(guān)于能量密度問題，這是根本。
那么，如何提升能量密度?通過改變動(dòng)力電池的正負(fù)極材料、隔膜等原材料體系，是業(yè)界公認(rèn)的關(guān)鍵途徑。對(duì)于動(dòng)力電池的主流技術(shù)路線，資深人士認(rèn)為將由磷酸鐵鋰/石墨、三元/石墨、高鎳三元/硅碳再到固態(tài)鋰空氣金屬的方向演進(jìn)。
高工鋰電網(wǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，為提升能量密度、把握好技術(shù)路線，進(jìn)而在未來激烈競爭中占據(jù)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，不少動(dòng)力電池企業(yè)作了充分的規(guī)劃與技術(shù)儲(chǔ)備。截至目前，這些企業(yè)技術(shù)儲(chǔ)備程度如何，離產(chǎn)業(yè)化距離有多遠(yuǎn)，值得捋一捋以供業(yè)界參考。
值得一提的是，一些動(dòng)力電池企業(yè)為把握住新能源汽車細(xì)分領(lǐng)域的機(jī)會(huì)，在原有材料體系基礎(chǔ)上做了一些突破。這種現(xiàn)象在2016年表現(xiàn)尤為明顯，預(yù)計(jì)2017年會(huì)出現(xiàn)更多看點(diǎn)。
且看下文：
1、高壓實(shí)磷酸鐵鋰材料電池
高工鋰電網(wǎng)了解到，自2016年11月份開始，動(dòng)力電池企業(yè)開始大規(guī)?？s減磷酸鐵鋰電池產(chǎn)能。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)與新能源汽車補(bǔ)貼新政有直接關(guān)系。
新補(bǔ)貼方案以電池系統(tǒng)能量密度為補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)，特別是新能源客車的補(bǔ)貼受動(dòng)力電池的性能等級(jí)差異較大。盡管目前不少電池企業(yè)的磷酸鐵鋰單體電芯能量密度可以做到了120-140wh/kg，但成組后的電池系統(tǒng)能量密度大多不超過100wh/kg。這意味著大部分已經(jīng)申報(bào)的大部分車型只能獲最低檔補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)，從而嚴(yán)重打擊車企發(fā)展純電動(dòng)客車的積極性。
在此情況之下，為配合車企拿到盡可能多的補(bǔ)貼，動(dòng)力電池企業(yè)只能停止生產(chǎn)現(xiàn)有不達(dá)標(biāo)的產(chǎn)品，在短期內(nèi)通過制造工藝升級(jí)、優(yōu)化PACK方案等提升電池系統(tǒng)能量密度，同時(shí)要求正極材料企業(yè)研發(fā)更高性能的磷酸鐵鋰材料。這主要指高壓實(shí)磷酸鐵鋰材料的研發(fā)，但需注意的是，從產(chǎn)品經(jīng)過測試再到批量生產(chǎn)進(jìn)入電池廠供應(yīng)鏈，最快也要4-5個(gè)月的時(shí)間周期。
2、高鎳三元材料電池
隨著三元電池的安全性逐步得到驗(yàn)證，加之消費(fèi)市場對(duì)于續(xù)航里程的需求提升，國家政策又傾向扶持高能量密度動(dòng)力電池，在能量密度上具有顯著優(yōu)勢(shì)的高鎳三元材料電池被業(yè)界普遍看好，成為眾多動(dòng)力電池企業(yè)的研究熱點(diǎn)。
不過，高工鋰電網(wǎng)經(jīng)多方采訪了解到，雖然國內(nèi)大型動(dòng)力電池企業(yè)都將高鎳三元材料電池作為下一代動(dòng)力鋰電池的研發(fā)目標(biāo)，但目前基本仍處于研發(fā)測試階段，都未批量生產(chǎn)，離大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化有一定距離。
業(yè)內(nèi)人士指出，高鎳三元材料電池的安全性受正極材料制備、制造環(huán)境、生產(chǎn)設(shè)備、電芯制造工藝等多重因素影響。其中，高鎳三元正極材料的不成熟和高鎳三元電池制造工藝技術(shù)尚未突破是阻礙其產(chǎn)業(yè)化的主要原因。
3、固態(tài)電池
中國工程院陳立泉院士表示：“2014年我就提出爭取5年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)化，全固態(tài)電池是我們實(shí)現(xiàn)領(lǐng)跑的難得機(jī)遇，我國40年前就開始研究，我們有基礎(chǔ)?！痹谒磥恚妱?dòng)汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展需要進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備，而固態(tài)電池有望成為中國下一代車用動(dòng)力電池主導(dǎo)技術(shù)路線。
陳立泉院士的觀點(diǎn)得到了業(yè)內(nèi)人士的支持。在近期成功舉辦的高工年會(huì)上，海四達(dá)董事長沈曉彥表示，現(xiàn)有的材料體系已經(jīng)無法達(dá)到國家規(guī)劃的指標(biāo)(針對(duì)根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》，2020年的純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的能量密度目標(biāo)為350wh/kg，2025年目標(biāo)為400wh/kg，2030年目標(biāo)為500wh/kg)，而固態(tài)電池有可能成為新能源汽車下一代動(dòng)力電池的技術(shù)發(fā)展路線。
事實(shí)上，高工鋰電網(wǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，一大批國際領(lǐng)軍企業(yè)都已經(jīng)積極開始做固態(tài)電池的儲(chǔ)備研發(fā)，也不乏一些初創(chuàng)公司，研究類型有聚合物固態(tài)鋰金屬電池、氧化物鋰金屬固態(tài)電池、硫化物固態(tài)電池等。
不過，全固態(tài)電池尚處在研發(fā)早期，離實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化有較大差距，主要有兩個(gè)問題：一是固態(tài)電解質(zhì)在室溫條件下的離子電導(dǎo)率不高;二是固態(tài)電解質(zhì)與正負(fù)極之間界面阻抗比較大。
目前業(yè)界的共識(shí)是，認(rèn)為現(xiàn)在談全固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化還為時(shí)尚早，因?yàn)榕c其配套的材料、設(shè)備、工藝還不成熟，甚至連生產(chǎn)的設(shè)備都沒有。高工產(chǎn)研鋰電研究所(GGII)建議，要實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，技術(shù)突破很關(guān)鍵，而且材料、工藝、設(shè)備都需要相應(yīng)提升。
4、超級(jí)錳酸鋰電池
一直以來，錳酸鋰電池長期沒有得到國人的認(rèn)可，主要基于兩個(gè)原因，一是能量密度低，二是循環(huán)性能差。一位鋰電行業(yè)資深學(xué)者認(rèn)為，這與錳酸鋰材料本身有一定關(guān)系，但根本原因還是國內(nèi)企業(yè)在錳酸鋰電池投入不夠。
一個(gè)可供參考的案例是，占全球電動(dòng)汽車銷量近20%的日產(chǎn)聆風(fēng)，采用的就是錳酸鋰電池，其電池供應(yīng)商AESC的控股公司NEC是國際上錳酸鋰做得最好的企業(yè)。
值得一提的是，當(dāng)前中國新能源汽車正處于快速發(fā)展階段，很多細(xì)分領(lǐng)域蘊(yùn)藏著龐大的市場商機(jī)。在此背景下，國內(nèi)個(gè)別電池企業(yè)在錳酸鋰電池方面有了研發(fā)突破，并在電動(dòng)汽車應(yīng)用領(lǐng)域表現(xiàn)不錯(cuò)。
高工鋰電網(wǎng)獲悉，早于成立之初，星恒就與中國科學(xué)院物理研究所等產(chǎn)學(xué)研合作，采用表面氧化鋁包覆和鋁滲透摻雜技術(shù)，提升了錳酸鋰材料在電池中的高溫循環(huán)性和穩(wěn)定性，構(gòu)建了改性錳酸鋰動(dòng)力電池的生產(chǎn)體系和新工藝，自主開發(fā)了自動(dòng)化裝備，成功實(shí)現(xiàn)星恒超級(jí)錳酸鋰正極材料和車用動(dòng)力電池的量產(chǎn)。
星恒總工王正偉告訴高工鋰電網(wǎng)，經(jīng)過10多年技術(shù)沉淀和產(chǎn)業(yè)化積累，星恒超級(jí)錳酸鋰電池的循環(huán)壽命突破2000次，在高低溫性能、安全性能優(yōu)勢(shì)明顯，而更為關(guān)鍵的是，其電池成本在過去的幾年里降低了10倍。
憑借技術(shù)突破及成本的降低，在剛過去的2016年，星恒在電動(dòng)物流車領(lǐng)域異軍突起，配套動(dòng)力電池組超過1萬套，市場占比高達(dá)三分之一，成為年度備受矚目的市場領(lǐng)頭羊。
5、快充型磷酸鐵鋰電池
從消費(fèi)者角度而言，都希望電動(dòng)汽車充電時(shí)間越短越好，因而快充型動(dòng)力電池在電動(dòng)汽車領(lǐng)域應(yīng)用也頗受歡迎。
值得注意的是，作為完整的解決方案，除了提升充電倍率，快充技術(shù)還得考量其他四個(gè)指標(biāo)，分別是能量密度、壽命、安全性、價(jià)格，否則單獨(dú)談充電速率是沒有意義的。這五個(gè)指標(biāo)處在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的雷達(dá)圖里。如何不犧牲能量密度，不影響循環(huán)壽命，安全穩(wěn)妥地提升充電速度是產(chǎn)業(yè)鏈上各方的極致追求。
目前業(yè)界快充技術(shù)“花”開多朵，有多家流派，比如微宏鈦酸鋰快充技術(shù)、寧德時(shí)代(CATL)磷酸鐵鋰快充技術(shù)、珠海銀隆納米鈦酸鋰快充技術(shù)等。
在很多人眼中，鈦酸鋰是快充型電池的典型代表，磷酸鐵鋰電池似乎不太適合快充，寧德時(shí)代是如何做到的，令人感到好奇。據(jù)了解，在正極上，CATL開發(fā)了“超電子網(wǎng)”技術(shù)，使得磷酸鐵鋰具有優(yōu)異的電子導(dǎo)電性能，可達(dá)三元材料的1000倍，同時(shí)磷酸鐵鋰的正極也兼顧了快充電池系統(tǒng)的超高安全性和可靠性。
在負(fù)極石墨表面，CATL采用了“快離子環(huán)”技術(shù)修飾，修飾后的石墨兼顧超級(jí)快充和高能量密度的特性，快充時(shí)負(fù)極不再出現(xiàn)副產(chǎn)物，所以大大提高鋰離子在石墨層的嵌入速度，使其具備4-5C快充能力，實(shí)現(xiàn) 10-15分鐘快充充電，并能保證系統(tǒng)級(jí)別70wh/kg以上的能量密度，實(shí)現(xiàn)10000次的循環(huán)壽命。
另外，CATL當(dāng)前開發(fā)的快充產(chǎn)品，搭載自主研發(fā)的熱管理系統(tǒng)，充分識(shí)別固定化學(xué)體系在不同溫度和SOC下的“健康充電區(qū)間”，極大拓寬鋰電池的運(yùn)營溫度。當(dāng)電池處于北方寒冷的冬天時(shí)，水熱系統(tǒng)在低溫下為電芯加熱，待電芯溫度達(dá)到要求，即開啟快充模式;遇到南方酷暑的夏天時(shí)，電池系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)熱報(bào)警，水冷系統(tǒng)給電芯降溫，真正做到“全氣候”的快充。
總體而言，CATL選擇的磷酸鐵鋰-石墨快充技術(shù)擁有三大特點(diǎn)。首先是高倍率，十分鐘迅速充滿，基本可媲美燃油車的加油時(shí)間;其次是長壽命，可達(dá)到超過10000次的充放電循環(huán)，滿足對(duì)于客車客戶使用8年的質(zhì)保需求;再次是高安全的體系，磷酸鐵鋰是現(xiàn)階段較成熟、安全的動(dòng)力電池，其在“十一五”開始示范應(yīng)用，在“十二五”電動(dòng)汽車發(fā)展中擔(dān)任主力軍。磷酸鐵鋰電池是經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證的，較為成熟的電池材料。
6、石墨烯鋰電池
石墨烯是近年來炒得很火的一款材料。在動(dòng)力鋰電池領(lǐng)域，石墨烯也有了實(shí)際應(yīng)用。比亞迪CTO劉衛(wèi)平向高工鋰電網(wǎng)透露，公司將石墨烯作為導(dǎo)電劑使用已經(jīng)有2-3年了，由于石墨烯導(dǎo)電性比其他導(dǎo)電劑更好，可以適當(dāng)減少添加量，從而省出空間給活性材料，使用后相比普通的磷酸鐵鋰電池容量會(huì)提升3-5%，成本上也會(huì)比碳納米管的還低一些。
國軒高科于2016年8月4日在互動(dòng)平臺(tái)上表示，石墨烯導(dǎo)電劑僅用于公司南京工廠生產(chǎn)使用。國軒高科介紹稱，石墨烯導(dǎo)電劑主要可以一定程度上提高產(chǎn)品能量密度同時(shí)降低內(nèi)阻，公司將根據(jù)相關(guān)原材料與工藝性價(jià)比決定推廣使用范圍。
客觀而言，目前石墨烯只是用于動(dòng)力鋰電池導(dǎo)電劑，并沒有發(fā)現(xiàn)其他更多的功能。GGII分析師認(rèn)為，采用石墨烯包覆技術(shù)后，鋰電池材料性能可以改善，比如提高材料導(dǎo)電性，提升電池循環(huán)性能、功率性能，容量也可以提升一點(diǎn)(非常少，可以忽略)，但最終想要提升能量密度是不能指望導(dǎo)電劑的，關(guān)鍵點(diǎn)還在正負(fù)極活性材料上。
一些企業(yè)明確表示擴(kuò)產(chǎn)石墨烯動(dòng)力鋰電池項(xiàng)目。消息顯示，2016年10月18日上午，位于青島高新區(qū)的青島國際石墨烯科技創(chuàng)新園二期(石墨烯鋰離子動(dòng)力電池組裝產(chǎn)業(yè)化)項(xiàng)目正式奠基建設(shè)。該項(xiàng)目總投資2億元，由青島海福得納米科技有限公司投資建設(shè)。項(xiàng)目主要是將先進(jìn)的石墨烯產(chǎn)品研發(fā)制造工藝融入鋰離子動(dòng)力電池設(shè)計(jì)制造中，全面提升電池產(chǎn)品質(zhì)量和續(xù)航能力。
7、燃料電池
補(bǔ)貼新政對(duì)于燃料電池汽車的“特殊照顧”引起了業(yè)內(nèi)人士關(guān)注。通知指出，除燃料電池汽車外，各類車型2019-2020年中央及地方補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)和上限，在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上退坡20%。
對(duì)于燃料電池車，按照燃料電池車的類型進(jìn)行補(bǔ)貼。對(duì)于燃料電池乘用車，給予20萬元/輛補(bǔ)貼。對(duì)于燃料電池小型貨車、客車，給予30萬/輛補(bǔ)貼。對(duì)于燃料電池大中型客車，中重型貨車，給予50萬/輛補(bǔ)貼。燃料電池額定功率與發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率相比不小于30%，且不低于30KW。
業(yè)內(nèi)人士表示，隨著電動(dòng)汽車的補(bǔ)貼退坡加速，燃料電池車較高的補(bǔ)貼額度會(huì)逐漸彌補(bǔ)之前價(jià)格高的劣勢(shì)，鼓勵(lì)企業(yè)加大對(duì)燃料電池車的研發(fā)投入，2017年將有更多燃料電池車型出現(xiàn)。不過，有一點(diǎn)需承認(rèn)的是，中國新能源汽車動(dòng)力源仍以動(dòng)力鋰電池為主，在未來相當(dāng)車的一段時(shí)間都是如此。
目前在燃料電池車研發(fā)方面全球領(lǐng)先的國家當(dāng)屬日本，Toyota和Honda燃料電池汽車都實(shí)現(xiàn)了小批量商業(yè)化生產(chǎn)。最新消息顯示，豐田還將于2017年初開始銷售豐田品牌的燃料電池巴士，并將巴士命名為“豐田FC巴士”(以下簡稱“FC巴士”)。該巴士經(jīng)過了反復(fù)的行駛實(shí)驗(yàn)后終于付諸實(shí)用，豐田計(jì)劃提供2輛用于東京都交通局運(yùn)營的公共巴士。
