新能源汽車的保有量不大,但近年來發(fā)展勢頭良好,上升率遠(yuǎn)超傳統(tǒng)汽車。作為新能源汽車最核心的部件,動(dòng)力鋰離子電池的發(fā)展一直備受關(guān)注。目前,鋰離子電池已深受行業(yè)認(rèn)可,固態(tài)電池和燃料動(dòng)力鋰電池也以更加優(yōu)異的性能被寄予厚望,在動(dòng)力鋰離子電池范疇,可謂路線多元,同步推進(jìn)。那么,從全球來看,鋰離子電池、固態(tài)電池、燃料動(dòng)力鋰電池發(fā)展情況要怎么樣?將來又將誰主沉浮?

七月十九日,在我國汽車技術(shù)研究中心有限公司(以下簡稱“中汽中心”)北京工作部舉辦的我國新能源汽車動(dòng)力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告(2018)公布暨產(chǎn)業(yè)發(fā)展研討會上,多位專家具體解析了三種動(dòng)力鋰離子電池的全球狀況以及在我國的發(fā)展水平。

鋰離子電池成本大幅下降

據(jù)了解,近年來歐盟加快了推進(jìn)節(jié)能減排的計(jì)劃,2017年G20漢堡峰會上,除美國之外的19個(gè)成員國有關(guān)進(jìn)一步促使節(jié)能減排達(dá)成共識,并紛紛制定燃油車禁售時(shí)間表,其中最早的將從2025年開始執(zhí)行“禁燃”計(jì)劃,最遲的也不會晚于2040年。這也說明,新能源汽車將會迎來更快速的發(fā)展期。

有研究數(shù)據(jù)聲明,一輛電動(dòng)汽車與一輛原型燃油車同樣行駛20萬公里,電動(dòng)汽車可以減少CO2排放近10萬噸?！斑@是歐洲各國積極推進(jìn)節(jié)能減排計(jì)劃的緊要原由?！敝衅行膭?dòng)力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究室總監(jiān)方凱正說。

在各國政策的引導(dǎo)下,多家車企加快了發(fā)展電動(dòng)汽車的步伐。大眾汽車集團(tuán)表示,至2025年,大眾汽車集團(tuán)旗下各品牌將推出80款全新的電動(dòng)汽車型,銷量也將達(dá)到300萬輛。以一輛車安裝50kWh電池計(jì)算,這意味著大眾汽車電池需求將達(dá)到150GWh。此外,沃爾沃、通用、豐田等汽車公司都推出了電動(dòng)汽車發(fā)展戰(zhàn)略。

另外,去年,第八屆清潔能源部長會議(EVI)公布了EV30@30運(yùn)動(dòng),為所有EVI成員設(shè)定了2030年實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車市場份額達(dá)到30%的愿景,屆時(shí)電動(dòng)汽車保有量將有可能達(dá)到2.2億輛,其中純電動(dòng)汽車1.3億輛,插電式混合動(dòng)力汽車0.9億輛。在市場需求帶動(dòng)下,動(dòng)力鋰離子電池的年需求量也將達(dá)到2.1TWh,其中我國將占1/3,歐洲與美國合計(jì)占28%,日本占3%。屆時(shí)輕型乘用車的電池能量將達(dá)到70～80kWh?？梢?將來汽車產(chǎn)業(yè)對動(dòng)力鋰離子電池的需求量將急劇提升。

目前,在動(dòng)力鋰離子電池范疇,鋰離子電池已成主流,且隨著技術(shù)的發(fā)展,成本已大幅下降,尤其是電池高鎳化的發(fā)展帶來了金屬鈷用量的進(jìn)一步下降,這讓鋰離子電池受鈷價(jià)上漲波動(dòng)影響變小?！安捎谩?11體系’之后,鋰離子電池成本已降至190美元/kWh(約合人民幣1295.88元/kWh),動(dòng)力鋰離子電池的成本越來越接近商業(yè)化?！狈絼P正說。

有業(yè)內(nèi)人士向記者透露,今朝有些我國公司已將電池成本控制在了1000元/kWh以下,而動(dòng)力鋰離子電池的成本只要達(dá)到600元/kWh,就可具備與傳統(tǒng)汽車同等的競爭力。

固態(tài)電池成新競爭點(diǎn)

在鋰離子電池大行其道的當(dāng)下,鋰離子電池遭遇天花板的觀點(diǎn)也引起廣泛討論,為彌補(bǔ)鋰離子電池技術(shù)不足,另一電池形態(tài)成為行業(yè)新一輪競爭熱點(diǎn),即固態(tài)電池。目前,固態(tài)電池以安全性高、容量大被行業(yè)看好,成為全球動(dòng)力鋰離子電池爭奪的制高點(diǎn)之一。最近一段時(shí)間,各國在固態(tài)電池上動(dòng)作頻頻,紛紛加大了研發(fā)力度。

六月十五日,日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO)宣布,其將與豐田汽車、松下啟動(dòng)新一代高效電池“全固態(tài)電池”的開發(fā),力爭2022年前確立技術(shù)。目前日本幾乎舉全產(chǎn)業(yè)之力投入到固態(tài)電池研發(fā)之中,其中包括23家汽車、電池、材料公司,15家學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu),包括京都大學(xué)、日本理化所等全部加入進(jìn)來,總計(jì)投入100億日元。事實(shí)上,這是日本的第二期固態(tài)電池研發(fā)項(xiàng)目,早在2017年五月,日本經(jīng)濟(jì)省就宣布出資16億日元,聯(lián)合豐田、松下、GS湯淺等國內(nèi)優(yōu)秀產(chǎn)業(yè)鏈力量,共同研發(fā)固態(tài)電池,希望2030年實(shí)現(xiàn)800公里續(xù)駛里程目標(biāo)。

韓國也不甘落后,目前,三星SDI、LG化學(xué)等都投入到固態(tài)電池的研發(fā)之中。據(jù)外媒報(bào)道,三星Note7手機(jī)電池起火嚴(yán)重影響了品牌形象,這促使三星加大了固態(tài)電池的研發(fā)力度。據(jù)了解,三星的固態(tài)電池可能最初使用于手機(jī)上,下一步將開發(fā)車用動(dòng)力固態(tài)電池。此外,LG化學(xué)也在研究固態(tài)電池,據(jù)稱技術(shù)水平與三星不相上下。

而在德國,大眾汽車集團(tuán)對固態(tài)電池也極為重視。近日,大眾汽車集團(tuán)宣布向加州初創(chuàng)公司QuantumScape注資1億美元,用于固態(tài)電池的開發(fā)和量產(chǎn)。據(jù)了解,QuantumScape目前已擁有超過200項(xiàng)固態(tài)電池技術(shù)專利,計(jì)劃2025年研發(fā)出可以量產(chǎn)的固態(tài)電池;寶馬汽車也宣布攜手電池技術(shù)公司Solidpower共同研發(fā)全新固態(tài)電池;德國大陸集團(tuán)前不久表示也在加大固態(tài)電池技術(shù)的投資。

有關(guān)固態(tài)電池的研發(fā),我國也絲毫沒有松懈。2017年四部委印發(fā)的《促使汽車動(dòng)力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)辦法》提出,積極推動(dòng)鋰硫電池、金屬空氣電池、固態(tài)電池等新體系電池的研究和工程化開發(fā),2020年單體電池比能量達(dá)到400Wh/kg以上、2025年達(dá)到500Wh/kg。

目前,國內(nèi)固態(tài)電池技術(shù)的研究已經(jīng)取得不小進(jìn)步。據(jù)了解,中科院已有五個(gè)團(tuán)隊(duì)在不同程度上取得沖破。中科院化學(xué)所郭玉國團(tuán)隊(duì)的聚醚-丙烯酸酯新型雙功能聚合物電解質(zhì),可用于室溫固態(tài)金屬鋰離子電池;中科院寧波材料所許曉雄團(tuán)隊(duì)研發(fā)的無機(jī)陶瓷固態(tài)電池正與贛峰鋰業(yè)合作嘗試產(chǎn)業(yè)化;中科院青島生物能源所崔光磊團(tuán)隊(duì)研發(fā)的固態(tài)電池已用于蛟龍?zhí)柹顫撈?完成了馬里亞納海溝的探測;中科院上海硅酸鹽研究所郭向欣團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了2Ah級固態(tài)鋰離子電池;中科院物理所李泓團(tuán)隊(duì)推出了10Ah軟包電芯固態(tài)電池。

北京衛(wèi)藍(lán)新能源科技有限公司總經(jīng)理助理向晉說:“目前還沒有公司展示兼具高能量密度、高安全性的大容量全固態(tài)動(dòng)力鋰離子電池。就研發(fā)水平而言,日韓處于領(lǐng)先地位,我國僅有少數(shù)公司擁有核心技術(shù),競爭日趨猛烈。”

就詳盡技術(shù)而言,目前,法國batscap-bollore公司固態(tài)電池能量密度達(dá)到了220Wh/Kg,1500次循環(huán)后容量仍超過96%,電池容量為10～30Ah,已成功使用于Autolib四輪小型汽車,保有量達(dá)到4000輛;美國Sakti3公司固態(tài)電池產(chǎn)品達(dá)到了1000Wh/L,容量為10～50mAh;在日本,豐田的固態(tài)電池達(dá)到230Wh/Kg,容量為2.4～15Ah,進(jìn)入小型平板車試用階段,預(yù)計(jì)2022年上市;在我國,中科院寧波材料所的固態(tài)電池處于中試階段。中科院青島所的固態(tài)電池達(dá)到297Wh/Kg,容量為10Ah,還處于研發(fā)階段。

向晉說:“無論是聚合物還是硫化物固態(tài)電池,都存在技術(shù)難題,但固態(tài)電池的安全性分明優(yōu)于鋰離子電池,通過使用新技術(shù)、新辦法處理集流體、側(cè)界面、隔膜/電解液等七大問題,可以確保固態(tài)電池的安全?！?/p>

全球來看,目前固態(tài)電池仍處于研發(fā)階段,離商業(yè)化還有一段距離,在向晉看來,固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)商業(yè)化要滿足多個(gè)技術(shù)條件:整個(gè)系統(tǒng)僅含5～10個(gè)大電芯、電芯電壓達(dá)到48～60V、電芯容量達(dá)到100～200Ah、系統(tǒng)重量比能量超過300Wh/Kg、系統(tǒng)體積比能量超過500Wh/L、整車?yán)m(xù)駛里程超過600公里、系統(tǒng)成本達(dá)到0.5～1.0元/Wh等。

燃料動(dòng)力鋰電池仍待技術(shù)突圍

與電動(dòng)汽車發(fā)展同步推進(jìn)的還有燃料動(dòng)力鋰電池汽車,近年來,我國加快了燃料動(dòng)力鋰電池汽車的發(fā)展步伐,并供應(yīng)了一系列政策支持。在這一過程中,燃料動(dòng)力鋰電池的研發(fā)也是備受關(guān)注。

在國家政策的支持下,多次承擔(dān)國家燃料動(dòng)力鋰電池重大項(xiàng)目的大連新源動(dòng)力股份有限公司已經(jīng)取得不少成果,該公司副總工程師邢丹敏解析,新源公司已研發(fā)成功第二代系統(tǒng)FCS200,功率為30～60kW,工作溫度為-10～70℃,工作壽命為5000小時(shí);正在研發(fā)的第三代系統(tǒng)FCS300,功率達(dá)到80～100kW,工作溫度為-30～70℃,工作壽命為5000小時(shí)。

另外,新源公司的電堆門類較齊全,成品涉及乘用車、商用車電堆范疇。最新研制的MOD400電堆,采用金屬雙極工藝,有效處理了高低電流密度區(qū)的水平衡問題,伏安性能與日本豐田Mirai電堆接近。在耐久性方面,新源公司也掌握了自己的一套辦法,從最初的1000小時(shí),到今朝沖破5000小時(shí),下一步還將爭取達(dá)到1萬小時(shí)。邢丹敏說:“燃料動(dòng)力鋰電池汽車的示范運(yùn)行是‘十一五’時(shí)期的緊要目標(biāo),‘十三五’時(shí)期的指標(biāo)更加細(xì)致。60kW車用燃料電堆功率密度將達(dá)到2.0kW/L,壽命達(dá)到5000小時(shí),低溫啟動(dòng)在-20℃左右;100kW的車用燃料電堆功率密度將達(dá)到3.1kW/L,壽命長達(dá)5000小時(shí),低溫啟動(dòng)在-30℃左右?！?/p>

不過,不得不承認(rèn)的是,目前,我國燃料動(dòng)力鋰電池與國際先進(jìn)水平還有一定差距,輸出功率方面,國內(nèi)水平是60kW,國際水平為110kW;電流密度方面,國內(nèi)是2.0kW/L,國際則是大于3.0kW/L;金屬鉑(pt)用量上,國內(nèi)是0.4g/kW,國際是0.2g/kW;其他方面,國內(nèi)水平與國際先進(jìn)水平齊頭并進(jìn)。