現(xiàn)如今，人們穿梭在馬路上綠牌新能源汽車早已司空見慣，2022年全國新能源汽車滲透率也達到了25.6%，而在9年前僅為0.03%。
動力電池占到新能源汽車成本40%，電池成本的快速下降對新能源汽車進入千家萬戶起到了至關(guān)重要的作用。
【資料圖】
“2025年預計全球新能源汽車的銷量將達到1600萬輛，而新能源汽車的發(fā)展也帶動了動力電池的發(fā)展，預計在2025年動力電池的需求量達到1120GWh。”贛鋒鋰業(yè)技術(shù)中心總經(jīng)理彭愛平談到。
數(shù)據(jù)顯示，當前中國動力電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模第一，全球市場份額占60%以上。廠商之間競爭愈發(fā)“內(nèi)卷”，如何保持和發(fā)展的領(lǐng)先優(yōu)勢，規(guī)模領(lǐng)先、技術(shù)先進是非常重要的話題。
6月16日，2023（第二十七屆）粵港澳大灣區(qū)車展暨新能源汽車博覽會正式開幕，在下午的動力電池產(chǎn)業(yè)新賽道探索論壇，與會專家探討了上述話題。
當前，影響消費者選擇新能源汽車有續(xù)航里程、安全性等因素。提升續(xù)航里程則意味著在相同的體積下，提升電池的能量密度。
“電池能量密度提升，新材料體系占40%，另外60%的貢獻是來自制造業(yè)，包括寧德時代、比亞迪的先進制造技術(shù)把能量密度提升。”清華大學深圳國際研究生院教授李寶華談到。
寧德時代董事長助理孟祥峰談到，寧德時代打造數(shù)字化電池，所有設(shè)計都是有數(shù)學模型可計算、可量化，不是過去簡單用材料實驗，更多創(chuàng)新成果來自于模型計算和大數(shù)據(jù)的應用。
在他看來，電池是典型的高端制造行業(yè)，制造領(lǐng)域朝著自動化、數(shù)字化和智能化的方向不斷突破原有的極限。目前，寧德時代每天生產(chǎn)220萬個電芯，生產(chǎn)線上有6800個的質(zhì)量監(jiān)控點。并且，通過大量的人工智能和自動化的技術(shù)，大幅度降低人員的使用，目前第八代產(chǎn)線在寧德的最新工廠已經(jīng)投產(chǎn)，工廠大幅降低了人員參與和人工操作失誤對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。
預計固態(tài)電池2026年商業(yè)化
《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》中提出，2025年動力電池能量密度達到400Wh/kg，2030年達到500Wh/kg。“三元鋰電池體系極限密度在300Wh/kg，離這個目標還是相差比較遠。”彭愛平談到。
貝特瑞硅氧產(chǎn)品線總經(jīng)理龐春雷談到，動力電池能量密度提升分為兩大方向：一是材料設(shè)計方向，材料本身克容量的提升，包括正極、負極。二是電芯設(shè)計，包括增加電芯的尺寸、增加活性物質(zhì)含量，例如比亞迪刀片電池的設(shè)計理念，PACK結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計。
“在安全性方面，材料和電池廠商也正積極探索，主要是往電解液添加添加劑，對隔膜進行陶瓷、氧化鋁涂覆，增加陶瓷、隔膜的機械強度以及耐高溫性能。同時采用更安全的正極材料，比如磷酸鐵鋰材料。”彭愛平談到。
在彭愛平看來，根本上解決電池的安全性和提高能量密度，固態(tài)電池會是較好的發(fā)展方向。
這是因為固態(tài)電池含有少量電解液，基本上采用固體的材料，即使在電池發(fā)生熱失控的情況下也不會發(fā)生自燃的情況。固態(tài)電池可以用金屬鋰作負極材料，提升電池的能量密度。
彭愛平在PPT上分享了固態(tài)電池和三元鋰電池進行針刺實驗的情況，三元鋰電池無法通過針刺實驗，針刺過程中會產(chǎn)生自燃現(xiàn)象。固態(tài)電池通過針刺，除了有針孔，電池不會發(fā)生其他破壞，表現(xiàn)出非常好的安全性能。
當前，全球各大研究機構(gòu)和企業(yè)均開展固態(tài)電池領(lǐng)域的相關(guān)研究，國內(nèi)諸如中科院的相關(guān)研究所，寧德時代、贛鋒鋰業(yè)均有固態(tài)電池的相關(guān)研究，贛鋒鋰業(yè)第一代固液混合電池已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，已經(jīng)裝車運營。
彭愛平談到，全固態(tài)電池近期比較難商業(yè)化，至少在2026年以后全固態(tài)電池才能商業(yè)化應用。近幾年固液混合電池可能大規(guī)模應用，很多公司實現(xiàn)量產(chǎn)，裝載到新能源汽車上，蔚來等車企也正在測試。隨著固液混合電池規(guī)模化的推廣，跟三元電池相比材料成本會逐漸降低，材料成本低于傳統(tǒng)的三元鋰電池材料。
電池材料持續(xù)迭代
正如李寶華所言，電池技術(shù)進步，與材料有著密不可分的關(guān)系。雖說固態(tài)電池是未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，但目前電池技術(shù)路線仍以三元電池和磷酸鐵鋰電池為主，電池材料則主要包含正極、負極、隔膜、電解液等四大部件。
龐春雷談到，三元正極材料的高鎳化已經(jīng)非常明顯，貝特瑞聚焦高鎳三元開發(fā)，研發(fā)方向主要為高鎳的NCM（鎳鈷錳）和NCA（鎳鈷鋁），通過提升電池的能量密度，高鎳三元材料可以兼顧長里程和快充方向的應用需求。
開發(fā)高鎳材料最主要是通過結(jié)構(gòu)設(shè)計增加穩(wěn)定性，主要方向為核殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計、徑向生長結(jié)構(gòu)、異質(zhì)等結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過這些方向提高材料的穩(wěn)定性，提高電池性能。
負極方面，目前市場主流的硅基負極材料主要包括硅碳復合材料和硅氧負極材料，2022年硅基負極材料出貨量已經(jīng)超過3000噸，占絕大部分的市場份額。
“貝特瑞硅碳材料基本上做到量產(chǎn)一代、儲備一代、開發(fā)一代。貝特瑞第四代產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)了量產(chǎn)，容量可以達到1800mAh/g，新一代硅氧產(chǎn)品已經(jīng)量產(chǎn)，首次效率達到90%以上，基本上接近了石墨的水平。”龐春雷談到。
龐春雷補充，硅碳材料的發(fā)展方向朝著高容量發(fā)展，貝特瑞最新第三代材料克容量為1800 mAh/g，技術(shù)路徑是納米化、碳包覆、復合。缺點是首效比較低，開發(fā)的方向是提高首效，第一代硅氧材料是77%，第二代提高到83%左右，第三代可以到90%以上，技術(shù)路徑是進行一定的遇鎂化，通過這樣的途徑提高效率。
電解液則是電池的血液，承載著電芯整體鋰離子電池在正極和負極之間的傳播。
電解液占到電池成本的10%與15%，主要取決于上游鋰鹽價格的波動，2021年新能源汽車的產(chǎn)銷量激增，六氟磷酸鋰供不應求，價格從11萬元/噸狂飆到59萬元/噸，2023年一季度價格又出現(xiàn)了跳水式下跌，直接跌到8萬元/噸，5月份又開始上漲，過去半個月，六氟磷酸鋰價格上漲了接近60%。
新宙邦科技股份有限公司研究院副院長錢韞嫻談到，很多企業(yè)手中有礦心里不慌，但對于電解液研發(fā)企業(yè)來說，更多的還是希望通過配方優(yōu)化降低成本。
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