动力电池的大洗牌时代 谁将脱颖而出?

时间:2019-01-15
来源:第一电动网
分类:度度看车
在大洗牌时代到来之时,谁会被淘汰出局,谁继续苟延残喘,谁又将脱颖而出?

诚然,各个行业都会在不同的时间节点开启洗牌工作。一成不变、不求革新之辈很容易被淘汰,相反,勇于创新、着眼未来的态度会让自身能力值更加强大。结果则很简单,前者被洗掉,后者将取代前者的位置。

20世纪70年代,锂离子电池这个概念首次被提出并开始被研究。时至今日,三元锂电池已成为汽车电动化的最核心元素。

然而,面对将到来的动力电池大洗牌时代,它信心满满,但又似乎忧心忡忡。因为技术,从不承认马太效应。

就目前的新能源汽车市场来看,我们最为熟知的是三元锂电池和磷酸铁锂电池,可以说,这两种动力电池?#29260;?#20102;现阶段的全球电动化发展之路。

不过,随着大家对于续航里程、充电时间、安全性等问题的愈发关注,“老?#19968;?rdquo;们开始力不从心。人们在吐槽、抱怨、忍耐的同时,期盼着一种集高能量密度、高安全性、高效率充能、低成本于一身的电池类型早日出现。

“老?#19968;?rdquo;腹背受敌,燃料电池、固态电池等“新势力”伺机而动,利用燃料电池驱动的车型几年前就已出现在市场当中。那么,在大洗牌时代到来之时,谁会被淘汰出局,谁继续苟延残喘,谁又将脱颖而出?

锂电池,最主流也最危险

准确来说,应该称之为“三元锂离子电池”(以?#24405;?#31216;三元锂电池)。索尼公司在1991年发布了首个商用锂离子电池,革命性地改变了消费电子产品的发展之路。如今,锂离子电池是绝对的主流,3C市场一直依赖于它的存在,相对而言新能源汽车应用得则要晚一些。

不过正如前文所言,若不思进取,创新的浪潮早晚会将你拍打在落后的?#31243;?#19978;。去年早些时候,世界上历史悠久的、最有名望的科学?#21448;尽?#33258;然》刊登了一篇文章,题为《距离锂电子电池革命仅余10年》,这篇文章指出,锂离子电池性能和价格的演进速度正在放缓。

深究原因,无非有二:

其一,技术瓶颈。电池,?#39062;局?#19978;来说是一种能够将储存的化学能转化为电能的设备。所以,在晶体结构中可?#28304;?#23384;的电量是有天花板的。就拿手机来说,随着?#24067;?#27700;平的?#27426;?#25552;升,手机自身的技术与性能?#21490;?#36291;式发展,但配套锂电池的升级之路却依旧步履蹒跚。

较二十年前,可充电锂离子电池在电池组所储存能量方面提升了数倍,看似突飞猛进,实则?#23545;?#19981;够,尤其是相对于芯片、软件等高?#24405;?#26415;产业的更新速度。可以说,锂电池?#39062;?#38656;求、不?#21830;?#20195;、主流,慢慢得在朝“被替代”前进。

应用到新能源汽车上之后,这种“缓慢”就更加突显。车企们不可能在一款轿车上放入大量的三元锂电池,原因很简单——重量。随着车重的同步提升,?#23548;?#32493;航能力的上扬曲线终将归于平直,再加上充电设施还?#21019;?#21040;完善的程度,三元锂电池在动力电池领域的发展势必将率先走向抉择点。

其二,材料。决定三元锂电池性能的最主要因素是电池两极的材料,特别是正极材料。镍、钴、锰,这三种金属元素几乎主宰了一切。其中,镍元素最大的意义在于提升能量密度;钴的作用是稳定材料的层状结构,且能够提高材料的循环和倍?#24066;?#33021;。

不可或缺,导致了没得选,这样一来,镍和钴的价格在2017年呈现出了持续激增的状态,市场供不应求。虽然在2018年下半年出?#33267;?#19979;滑,但短期内的不?#21830;?#20195;?#28304;?#20351;着价格蓄力反弹。多家正极材料企业和锂电池企业纷纷表示,基于成本原因,?#27426;?#35201;寻找替代品。

“NCM811(镍:钴?#22909;?8:1:1))”的出现让三元锂电池可以有力回击质疑。原则上说,相对于已经成熟的“532”和“622”,811在镍的占比上进一步得到了提升,能量密度增加的同时,成本随之降低。随着未来的进一步发展,无钴锂电池也在逐步浮出水面。

但凡事都有两面性,NCM811也并非无懈可击。不止一个专?#20197;?#25351;出,镍比例越高,整个正极材料的热稳定性就越差。高温不稳定、低温效能低本来就是三元锂电池的短板,这样一来,安全性成为了必须要优先逾越的障碍。

于是很多动力电池企业将重心放在了安全性上,蜂巢能源科?#21152;?#38480;公司全球营销副总裁Jeffrey Yambrick(严博瑞)对于NCM811十分看好,但也承认稳定性是必须要关注的问题:“NCM811关注的问题是如何在高温下保证稳定性,我们进行了优化。在蜂巢能源的研发团队通过正极材料的改进,使得正极材料能够在零下20—60摄氏度正常工作,高温140—150摄氏度使得阻抗增大3个数量级形成断路,保证电芯的安全。”

坦白讲,现在谈论三元锂电池的末日还为时过早,有朝一?#25214;?#26086;在材料上有所突破,亦或是在能量技术方面挑破了天花板,三元锂电池的技术优势将?#22411;?#20877;一次得到发挥。

磷酸铁锂电池,何去?#26410;?/strong>

严格意义上说,磷酸铁锂电池也是锂电池的一种,其指的是用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。所以,其与三元锂离子电池最?#23616;?#30340;区别在于正极材料。

磷酸铁锂电池相对于三元锂电池有着明显的短板——能量密度低,仅凭这一点,似乎就可以?#35805;?#30742;将其拍死。但是别忘了,磷酸铁锂电池的优势同样突出,之所以在新能源物流车、客车、货车上普遍采用磷酸铁锂电池,最大的原因就是因其高稳定性与低成本。

短期内,磷酸铁锂电池在小型城市代步车、商用车领域依旧有着稳定的市场,再加上2021年新能源车政策的取消,磷酸铁锂电池在成本方面的优势将更为受用。

尽管能量密度没有锂电池高,但磷酸铁锂电池自身并未停止升级的脚步,突破200Wh/kg并非痴人说梦。“在磷酸铁锂电池上还是有很多的空间可以继续开发出来,我们到现在一直没有?#29260;?#30967;酸铁锂电池,?#27426;?#30340;持续?#24230;耄?#25105;觉得这是一个正确的决策,做磷酸铁锂电池不会涉及到镍金属、钴金属等资源,所以有很大的发展。”国轩高科工程研究院总院院长蔡毅对磷酸铁锂电池的发展很?#34892;?#24515;。

2017年,沃特玛对磷酸铁锂材料的使用?#30475;?#21040;近2万吨,占据了近三成的市场份额。虽然在2018年,沃特玛受债务危机影响一蹶不振,需求端变得更加集中,供应体系变化很大。但是,比亚迪、贝特瑞、北大先行等企业却依旧计划进一步扩产,这也从侧面反映了动力电池企业对磷酸铁锂电池未来的一种预期。

?#24405;?#26415;有戏没戏

“真正意义的能源安全就是氢能源,真正意义的新能源汽车是燃料电池汽车。”明天氢能董事长王朝云对于自己从事的新能源领域颇为自信。

之所以王朝云把燃料电池看作是真正的新能源,并不仅仅是因为他是相关从业者,更重要在于他对这项技术?#23616;?#30340;理解。他表示,燃料电池只需要氢气和空气,有了氢就可以用燃料电池,可以通过电化学反应转化成电能和热。就这个观点而言,他说得不无道理。

我们身边的纯电动车用的是电驱动,电从哪里来?参考一年多前的数据,火电占全国发电量的比重为73.93%,水电占全国发电量的比重为18.26%。火力发电和水力发电,顾名?#23478;澹?#21069;者利用煤炭资源燃烧时产生的热能,通过发电动力装置转换成电能,后者则是将水能转换为电能。

不用多说大家都能明白,无论是源头的资源利用,还是后期的排放,大部分电力都不可能百分之百的实现清洁无污染,利用的也都是传统能源,所以何来新能源之说?

说回正题,作为氢燃料电池,其工作原理是电解水的逆反应,即将氢气和空气中的氧气进行化学反应,然后产生电能(电荷转移形成电流)和水,反应的地方便是燃料电池?#36873;?#27682;燃料电池有两个特点需要特别关注,其一,其使用的是宇宙最为丰富的氢元素,不会存在资源枯竭的问题;其二,在整个工作过程中,排出的唯一废物是“水”,不存在污染问题。

此外,氢燃料电池车的加氢效率很高,基本上和加油的时间差?#27426;唷?#32493;航里程方面,目前量产的几款车型,如本田Clarity、丰田Mirai等均可?#28304;?#21040;500公里以上。

但是,燃料电池也有它的问题:一个是成本,另一个?#21069;?#20840;。在这里不做技术层面的赘述,举几个鲜活的例子:目前加氢站的成?#23616;?#23569;需要2000万人民?#26131;?#21491;,这还不算土地成本。由于氢燃料电池车需要完备的储氢设备,所以成本也很高。根据丰田和日产的日本官网显示,丰田Mirai在日本的售价要?#28909;?#20135;LEAF贵上一倍。

此外安全也是大问题,氢不稳定,遇到空气可燃,并且无色无味,如果?#30340;?#20648;氢瓶无法做到碰撞后的绝对密封,或是及时排出氢气,一旦发生车辆碰撞,后果将不堪设想。

王朝云认为,从现在的技术水平角度和性能角度来讲,中国氢燃料电池技术和日韩水平几乎接近。对于安全问题,他对技术层面很?#34892;?#24515;,“我们的燃料电池,氢气跟空气可以隔离,要用的时候就用,不用的时候就隔离,隔离就不会燃烧爆炸。”

2018年底,全国政协副主席、致公党中央主席、中国科学技术协会主席万钢曾撰文表示,“纯电动汽车的短板是续驶里程和充电时间,尚不能满足量大面广的远程公交、双班出租、城市物流、长途运输等市场需求。为此,应及时把产业化重点向燃料电池汽车拓展。”虽然目前还存在这样那样的问题,但燃料电池的优?#38138;?#36807;于突出,对企业们的诱惑太大,如果给它时间,规模化也并非完全不可能。

固态电池要?#28909;?#26009;电池看上去更远一些,但从电池结构角度来说,其和现在的三元锂电池要更接近,固态电池与后者最明显的区别,就是采用的电解质为固态结构。

不要小瞧这个变化,Fisker曾宣称,他们的固态电池已经申请了专利,其能量密度是传统锂电池的2.5倍,具备9分钟?#25351;?60公里的续航能力。相对于三元锂电池,固态电池有着高能量密度和高稳定性的特点,但在电导率方面是短板。

目前很多整车企业、动力电池企业都在布局研发固态电池,其中包括大众、丰田、宝马、博世、日立、戴森等,国内的动力电池企业也有了?#27426;?#30340;相关技术储备,其?#24515;?#24503;时代CATL早已获得了固态电解质膜片及锂离子电池、锂离子电池的固态电解质材料等多项专利。

目前对于固态电池的研发还处于技术储备阶段,离规模化量产还有很长?#27426;?#36335;要走。“目前特别热的固态电池,在行?#30340;?#30340;判断,其真正能够成功的以同等略高一点的能量在新能源汽车上示?#23545;?#33829;,还是要至少3-5年的时间。”?#19981;?#21033;维能动力电池董事长孙晓东给出了一个他心目中的落地时间表。

固态电池的意义不在于短期内的替代,而是着眼未来。无论是技术特点还是接受度,固态电池在很多人眼中是一个完美的选项。虽然这个完美的存在离最?#23637;?#27169;化还有距离,但从半固态液流电池这个“过渡”技术入手,或许可以容易很多。

通常来讲,某一个领域不会只?#24066;?#21333;一技术存在,多种技术相辅相成要更为?#23548;省?#30967;酸铁锂电池和三元锂电池全力突破瓶颈,并分别主攻商用车和乘用车市场;燃料电池和固态电池布局未来,为前两者提供技术方向支持。洗牌的重点不在于洗掉谁,而是最终留下谁。

给南度度投稿
南度度致力于关注节能和清洁能源领域,如果你有这方面的见解,或者有报?#32769;?#32034;,可以给我们投稿或来信: [email protected]

转载声明: 凡注明来源为南度度或南度度节能服务网的所有作品,未经授权不得转载.

免责声明: 本文仅代表作者个人观点,与南度度节能服务网无关。其原创性以及文中?#29575;?#25991;字和内容未经本?#23616;?#23454;,对本文以及其中全部或者部分内容、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或?#20449;擔?#35831;读者仅作参考,并请自行核实相关内容。