動力電池技術(shù)“井噴”式突破
在政策和市場的雙重激勵下，動力電池的材料創(chuàng)新和新技術(shù)應(yīng)用開始活躍起來，進(jìn)入“百花競秀”狀態(tài)。不過，專家認(rèn)為，動力電池技術(shù)的突破不會一蹴而就，多種技術(shù)路線需要同步發(fā)展。
技術(shù)革新潛滋暗長
自從進(jìn)入2021年后，動力電池的材料創(chuàng)新和新技術(shù)應(yīng)用便開始活躍起來。據(jù)報道，寧德時代于7月29日推出了鈉離子電池。
今年5月底，寧德時代董事長曾毓群曾在股東大會上透露過鈉離子電池的相關(guān)研發(fā)動向，如今，這一新技術(shù)終于揭開了面紗。
早在20世紀(jì)70年代，鈉離子電池概念便被提出，但眼下仍處于產(chǎn)業(yè)化初期。與鋰離子電池相比，鈉離子電池?fù)碛腥髢?yōu)勢：一是鈉離子資源豐富且分布均勻；二是鈉離子化合物價格穩(wěn)定且低廉；三是鈉離子電池電化學(xué)性能相對穩(wěn)定，更具安全性。
此前，長城汽車旗下的蜂巢能源也于7月16日宣布，其研發(fā)的首款無鈷電池正式量產(chǎn)，并會應(yīng)用于長城歐拉的櫻桃貓車型中。
蜂巢能源方面介紹說，此次實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的無鈷電池能量密度達(dá)到了240瓦時/公斤，容量為115Ah-MEB，電芯循環(huán)壽命比同級別的高鎳三元電池更長，能夠輕松通過150℃的熱箱測試和140％SOC的過充測試。綜合來看，這款電池具有高安全性、高能量密度以及低成本、高循環(huán)壽命等核心優(yōu)勢。
根據(jù)官方消息，蜂巢能源計劃在2021年年底前大批量生產(chǎn)無鈷電池。
事實(shí)上，隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，動力電池在材料和結(jié)構(gòu)方面的創(chuàng)新也在不斷推進(jìn)。
今年1月初，國軒高科、廣汽埃安、蔚來汽車和智己汽車相繼發(fā)布了在電池端采用摻硅補(bǔ)鋰技術(shù)的硅負(fù)極材料。通過這一技術(shù)，磷酸鐵鋰電池的能量密度有了明顯提升，使得配套相關(guān)電池的車輛可以實(shí)現(xiàn)1000公里的超長續(xù)航。
據(jù)了解，蔚來汽車、智己汽車搭載這種新型材料和技術(shù)動力電池的車型將于明年上市，而廣汽埃安計劃于今年下半年將相關(guān)車型推向市場。
而蔚來汽車今年早些時候推出的150瓦時固態(tài)電池，更是在業(yè)內(nèi)掀起了軒然大波。
眾所周知，液態(tài)鋰電池一旦受到擠壓、穿刺，就會造成隔膜破裂，導(dǎo)致正負(fù)極短路，從而引起電池起火甚至爆炸。另外，液態(tài)鋰離子電池的能量密度也存在天花板。
正是因?yàn)閾碛邪踩院洼^高能量密度的優(yōu)勢，固態(tài)電池被業(yè)界稱為下一代動力電池。
安全性成重中之重
不論是鈉離子電池、無鈷電池還是固態(tài)電池，業(yè)界認(rèn)為，除了增加續(xù)航外，動力電池革新的另一大任務(wù)就是提升其安全性。
近日，國家市場監(jiān)管總局缺陷產(chǎn)品管理中心公布了上半年的汽車召回數(shù)據(jù)。調(diào)查顯示，2021年上半年，我國共召回存在缺陷的新能源車輛128.38萬輛，約占總召回缺陷車輛的33％，而動力電池正是新能源汽車被召回的最主要原因。
數(shù)據(jù)顯示，今年1月至7月，因動力電池問題而實(shí)施召回的車企就有7家，共計召回56399輛問題新能源車。
其中，召回最多的車企是北汽新能源。今年3月23日，北汽新能源決定自2021年3月24日起，召回2016年11月1日至2018年12月21日生產(chǎn)的EX360和EU400兩款純電動汽車，共計31963輛，原因是部分車輛的動力電池系統(tǒng)存在一致性差異，容易導(dǎo)致電池起火。
而最引人關(guān)注的無疑是長城汽車與奇瑞公司的召回事件。7月16日，因存在動力電池?zé)崾Э仫L(fēng)險，長城汽車、奇瑞公司主動召回了17623輛新能源汽車。
業(yè)界認(rèn)為，新能源汽車正在進(jìn)入大規(guī)模市場化的快車道，在這個時間節(jié)點(diǎn)，動力電池的安全問題有可能成為汽車電動化進(jìn)程中的“不定時炸彈”。因此，安全技術(shù)不僅是動力電池技術(shù)革命性突破的第一重點(diǎn)，也是電動汽車可持續(xù)發(fā)展的生命線。
圍繞安全技術(shù)的突破，不少動力電池企業(yè)開始與時間賽跑。
去年9月29日，寧德時代董事長曾毓群在2020世界新能源汽車大會上透露，寧德時代已經(jīng)開發(fā)出不起火只冒煙的電池產(chǎn)品，將于年底在一些車型上量產(chǎn)。
在寧德時代之后，蜂巢能源也于當(dāng)年12月2日給出了能讓動力電池不起火的系統(tǒng)性解決方案——冷蜂。蜂巢能源方面表示，通過材料、電芯、電池包、監(jiān)控系統(tǒng)四大層級的原創(chuàng)技術(shù)，冷蜂方案能完整解決動力電池的熱失控問題。
廣汽埃安則在今年3月10日發(fā)布了自己的“彈匣電池”系統(tǒng)安全技術(shù)，并宣稱該技術(shù)已突破對三元鋰電池安全要求最嚴(yán)苛的“針刺試驗(yàn)”瓶頸。
據(jù)了解，廣汽埃安的“彈匣電池”技術(shù)，既不是純粹的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，也不是簡單的增加隔熱，而是從電芯本征安全提升到被動安全強(qiáng)化，再到軟件主動防控的一整套安全技術(shù)。
業(yè)界認(rèn)為，動力電池的安全是一個系統(tǒng)性問題，既涉及材料研究，也與技術(shù)應(yīng)用、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等問題息息相關(guān)。因此，實(shí)現(xiàn)電池安全，需要各方面共同努力。同時，在保證安全性的前提下，多種技術(shù)路線需要同步發(fā)展。
雙重激勵多元創(chuàng)新
成本高、能量密度不足、保值率低、充電慢、有自燃風(fēng)險……從零部件的角度來看，當(dāng)下純電動汽車所有的槽點(diǎn)都源于動力電池。
為推動電動汽車、車用動力電池等新型動力的研究和產(chǎn)業(yè)化，自2004年以來，我國發(fā)布了多項(xiàng)相關(guān)政策及規(guī)劃。《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》明確提出，要實(shí)施電池技術(shù)突破行動；推動動力電池全價值鏈發(fā)展，建設(shè)動力電池高效循環(huán)利用體系；加快推動動力電池回收利用立法等規(guī)劃。而根據(jù)《促進(jìn)汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》，到2025年，新體系動力電池技術(shù)力爭取得突破性進(jìn)展，單體比能量達(dá)500瓦時/公斤。
一輛電動車在福州東二環(huán)岳峰悅享超級充電站里充電。記者 魏培全 攝
在政策和市場的雙重激勵下，動力電池企業(yè)正持續(xù)加碼研發(fā)費(fèi)用的投入。
數(shù)據(jù)顯示，截至2020年年底，A股帶有鋰電池概念的上市公司共計75家，而通過統(tǒng)計以上企業(yè)近三年的研發(fā)投入費(fèi)用總和后發(fā)現(xiàn)，該數(shù)值正快速上升：2018年為194.56億元，2019年升至236.03億元，2020年這一數(shù)字為286.4億元。
與此同時，75家A股鋰電池概念公司的研發(fā)投入費(fèi)用占其營業(yè)收入的比例也正逐年增加：從2018年的4.56%和2019年的4.97%，逐步增加到2020年的5.16%。
事實(shí)上，正是動力電池企業(yè)在研發(fā)方面的大力布局和投入，持續(xù)推動著動力電池技術(shù)和工藝的創(chuàng)新發(fā)展，使行業(yè)進(jìn)入“百花競秀”的狀態(tài)。
近幾年，國內(nèi)多家電池企業(yè)在電池結(jié)構(gòu)、工藝、材料等維度，率先提出了多個“創(chuàng)新概念”，其中一些創(chuàng)新技術(shù)或手段已付諸實(shí)際應(yīng)用。比如，寧德時代2019年發(fā)布了CTP技術(shù)、比亞迪2020年推出刀片電池技術(shù)。
此外，孚能科技也在積極儲備下一代動力電池技術(shù)，其半固態(tài)/固態(tài)電芯及工藝開發(fā)進(jìn)程正在快速推進(jìn)，半固態(tài)凝膠電池已進(jìn)入商業(yè)化階段。
不過，目前來看，動力電池制造仍是一個高門檻行業(yè)：一方面，其具有以電化學(xué)為核心、 多學(xué)科交叉的特點(diǎn)，需要企業(yè)進(jìn)行系統(tǒng)研究；另一方面，由于生產(chǎn)工藝復(fù)雜、過程控制嚴(yán)格，其原材料的選擇、輔助材料的應(yīng)用，以及生產(chǎn)流程的設(shè)置等均需要企業(yè)擁有多年的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)積累。與此同時，由于動力電池企業(yè)不僅需要在磷酸鐵鋰、三元等多種現(xiàn)有技術(shù)路線下，對能量密度、安全性、快充性能、使用壽命等諸多維度進(jìn)行“深挖”、優(yōu)化，并做好平衡，還需要兼顧下一代可能的電池技術(shù)方向，并提前布局。
正因?yàn)槿绱�，市場人士認(rèn)為，動力電池技術(shù)的突破不會一蹴而就，我們不僅需要加強(qiáng)電池材料等方面的基礎(chǔ)研究，明確企業(yè)在技術(shù)路線選擇中的主體地位，也要完善動力電池商業(yè)生態(tài)，并與大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等新技術(shù)結(jié)合起來，通過新的智能制造技術(shù)提升電池產(chǎn)品性能，并加速動力電池的智能化。
