近年來(lái),新能源車產(chǎn)業(yè)聚焦電池技術(shù)新突破,力圖破解車主的里程和價(jià)格“焦慮”。在6月27日到29日于天津舉行的世界經(jīng)濟(jì)論壇第十四屆新領(lǐng)軍者年會(huì)(又稱“夏季達(dá)沃斯論壇”)上,行業(yè)人士認(rèn)為,柔性電池等新技術(shù)的日益成熟,為新能源汽車的革新提供了可能,而鈉離子電池、鋰硫電池等原材料價(jià)格更低的電池向商業(yè)化邁進(jìn),則有望為新能源汽車的推廣鋪就更廣闊的道路。
新技術(shù)開辟電池產(chǎn)業(yè)新空間
順應(yīng)世界經(jīng)濟(jì)論壇倡導(dǎo)的綠色低碳發(fā)展,一汽豐田向論壇提供了兩款配備有新能源動(dòng)力的車型作為會(huì)務(wù)用車,其中100輛智能電混雙擎MPV格瑞維亞作為官方接待用車,另100輛純電轎車bZ3作為會(huì)務(wù)組工作用車。這也拉開了新能源汽車亮相論壇的序幕。
近年來(lái),隨著汽車、智慧醫(yī)療等行業(yè)需求井噴,電池技術(shù)迭代快速演進(jìn)。在此背景下,柔性電池的技術(shù)路線正在從實(shí)驗(yàn)室向一線應(yīng)用靠攏。在世界經(jīng)濟(jì)論壇新近發(fā)布的十大新興技術(shù)中,柔性電池赫然在列。憑借輕便和可塑形的特點(diǎn),它有望給新能源汽車行業(yè)帶來(lái)革新。
“它可能會(huì)藏在你的手表或襯衫里,融入你的生活,在未來(lái)你甚至不會(huì)意識(shí)到自己穿戴上了相關(guān)設(shè)備。”貝魯特美國(guó)大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程系副教授約瑟夫·康斯坦丁在論壇上說(shuō),與傳統(tǒng)電池相比,柔性電池在視覺(jué)上更加“友好”,靈活輕便的特征使得其融入各類產(chǎn)品的可能性更高。舉例說(shuō),未來(lái)可能所有的紡織品內(nèi)都可以內(nèi)嵌包括柔性電池在內(nèi)的產(chǎn)品,“想象一下,如果你的一件衣服可以融合眾多的智能產(chǎn)品,能出現(xiàn)在幾乎任何日常生活場(chǎng)景中,是多么酷的體驗(yàn)。”他說(shuō),如果能夠更具性價(jià)比,柔性電池將很有可能應(yīng)用在新能源汽車上。
與會(huì)人士認(rèn)為,目前能量密度、材料可塑性、無(wú)毒害污染等是柔性電池走向大規(guī)模應(yīng)用仍需突破的瓶頸。“因?yàn)楦虞p便化某種程度上就意味著總儲(chǔ)能的降低”,約瑟夫·康斯坦丁說(shuō),多種電池技術(shù)線路都需要在能量密度與材料柔性方面做出平衡。
傳統(tǒng)鋰電池領(lǐng)域也有新突破。去年,中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院碳中和技術(shù)研究所唐永炳研究員團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)新型鋰離子電池技術(shù)就完成了規(guī)模化量產(chǎn),研發(fā)出的新型鋰離子電池技術(shù)最低工作溫度可達(dá)零下70攝氏度,最高工作溫度達(dá)80攝氏度,且低溫與高溫性能可同時(shí)兼顧。
據(jù)悉,除克服低溫條件下無(wú)法工作及高溫時(shí)的安全風(fēng)險(xiǎn)外,該電池的能量密度較傳統(tǒng)鋰離子電池提升了13%至25%,能在20分鐘即可充滿電。基于鋁基復(fù)合負(fù)極的性能優(yōu)勢(shì),并結(jié)合開發(fā)的高性能電解液,這種低溫電池產(chǎn)品可以擺脫對(duì)昂貴的納米級(jí)正極材料的依賴,從而使得電池成本可降低10%至30%。
專家認(rèn)為,著眼于實(shí)現(xiàn)新能源汽車?yán)m(xù)航能力更強(qiáng)、更具性價(jià)比的目標(biāo),未來(lái),相關(guān)研究一方面需要尋求更加優(yōu)質(zhì)的材料組合,另一方面也需要在產(chǎn)品落地中探索與傳統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景的深度融合模式。
“廉價(jià)電池”原材料來(lái)源廣泛
國(guó)際能源署去年發(fā)布的《2022年全球電動(dòng)汽車展望》中指出,隨著電動(dòng)汽車對(duì)動(dòng)力電池需求的增長(zhǎng),動(dòng)力電池關(guān)鍵原材料供應(yīng)趨緊和價(jià)格飆升成為眾所矚目的問(wèn)題。面對(duì)這一狀況,不少企業(yè)開始將目光投向鈉離子電池或鋰硫電池。他們預(yù)計(jì),隨著技術(shù)不斷成熟,電池的價(jià)格有望大幅下降。
以鈉離子電池為代表的“廉價(jià)電池”的廣闊前景,受到國(guó)內(nèi)多家企業(yè)青睞。從現(xiàn)有研究進(jìn)展看,鈉離子電池距離“走進(jìn)尋常百姓家”似乎并不遙遠(yuǎn)。有觀點(diǎn)認(rèn)為,2023年或?qū)⑹氢c離子電池的產(chǎn)業(yè)化“元年”。
天風(fēng)證券的研究報(bào)告認(rèn)為,與鉛酸電池相比,鈉離子電池一方面在循環(huán)使用、成本、能量密度等方面都具有較為明顯的優(yōu)勢(shì),有望向下“蠶食”鉛酸電池市場(chǎng);另一方面,因整體性能與鋰電池接近、成本優(yōu)勢(shì)顯著,安全優(yōu)勢(shì)突出,有望向上制衡鋰電池應(yīng)用的壟斷性。同時(shí),鈉離子電池與鋰電池的制造工藝相似,生產(chǎn)線可以快捷切換,也有助于調(diào)動(dòng)現(xiàn)有鋰電池產(chǎn)能的積極性。
今年2月舉辦的“第二屆全國(guó)鈉電池研討會(huì)”上,思皓新能源與中科海鈉聯(lián)合打造的鈉離子電池試驗(yàn)車公開亮相。此次裝車試驗(yàn)的思皓花仙子首次應(yīng)用了蜂窩電池技術(shù)的鈉離子電池包,續(xù)航里程為252公里,電池容量為25千瓦時(shí),快充充電時(shí)間為15分鐘至20分鐘。由中科海鈉投資建設(shè)的鈉離子電池規(guī)?;慨a(chǎn)線已于2022年11月正式投產(chǎn)。
寧德時(shí)代表示,該公司研發(fā)的鈉離子電池預(yù)計(jì)將于今年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,具體規(guī)模取決于客戶項(xiàng)目的進(jìn)展情況。寧德時(shí)代特別提到,鈉離子電池成本優(yōu)勢(shì)比較明顯,待供應(yīng)鏈成熟后會(huì)更具優(yōu)勢(shì)。孚能科技此前也對(duì)外宣布,收到江西江鈴集團(tuán)新能源汽車有限公司的通知,同意就EV3車型開展鈉離子電池前期適配性預(yù)研工作。根據(jù)客戶生產(chǎn)、銷售計(jì)劃,應(yīng)用鈉離子電池的EV3車型將在2023年上市銷售。
盡管鈉離子電池的進(jìn)展突飛猛進(jìn),但整體看仍然處于“從0到1”的階段。面對(duì)新技術(shù)的進(jìn)步以及鋰價(jià)可能長(zhǎng)期處于高位,鈉離子電池應(yīng)用場(chǎng)景將會(huì)逐漸擴(kuò)大,從而推進(jìn)對(duì)磷酸電池及鉛酸電池的替代,而在大型儲(chǔ)能領(lǐng)域,鈉離子電池則還有很長(zhǎng)的路要走。
備受關(guān)注的還有鋰硫電池。
鋰硫電池在正極材料中使用了硫碳復(fù)合物,負(fù)極則為鋰金屬,利用氧化還原反應(yīng)完成離子移動(dòng)和正負(fù)極材料還原,并實(shí)現(xiàn)充放電。由于負(fù)極材料使用了鋰金屬,鋰硫電池的能量密度大大提高,這也是鋰硫電池的最大優(yōu)勢(shì)。相比磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池,鋰硫電池的能量密度更高,有望在續(xù)航里程上實(shí)現(xiàn)新突破。更關(guān)鍵的是,由于沒(méi)有鎳、鈷、錳等金屬,鋰硫電池的重量更輕,成本也更低。不僅如此,鋰硫電池正極材料所需的單質(zhì)硫可以從硫磺中通過(guò)進(jìn)一步加工獲得,而2022年我國(guó)硫磺產(chǎn)量超過(guò)900萬(wàn)噸,這是鋰硫電池能實(shí)現(xiàn)低價(jià)的基礎(chǔ)。
當(dāng)然,鋰硫電池的普及也需突破多重技術(shù)瓶頸。例如,在充放電過(guò)程中,硫的體積膨脹、收縮幅度都比較大,這不僅會(huì)影響導(dǎo)電效率,還會(huì)增加正極結(jié)構(gòu)的變化風(fēng)險(xiǎn),降低循環(huán)的穩(wěn)定性。
回收再利用賦予電池“第二生命”
與動(dòng)力電池技術(shù)開發(fā)同樣備受關(guān)注的,還有廢舊電池的再利用。曾當(dāng)選世界經(jīng)濟(jì)論壇全球杰出青年的比安卡·戈貝爾常年關(guān)注電池回收領(lǐng)域,她認(rèn)為,即便加大礦產(chǎn)開采,世界也將會(huì)迎來(lái)電池材料短缺,回收利用技術(shù)升級(jí)則將提供全新的解決方案。
比安卡·戈貝爾說(shuō),目前電力及能源行業(yè)排放的溫室氣體已經(jīng)占到全行業(yè)的三分之一,甚至超過(guò)傳統(tǒng)工業(yè)、交通業(yè)等。她預(yù)計(jì),到2030年鋰離子電池的年需求量將達(dá)到2.8億千瓦時(shí),鎳、鋰等材料在2027年左右就會(huì)開始出現(xiàn)明顯短缺,與此伴生的是電池行業(yè)對(duì)環(huán)境的威脅將進(jìn)一步擴(kuò)大。因此,各國(guó)建設(shè)更大規(guī)模的電池材料回收體系刻不容緩。
“完整的回收體系將賦予電池‘第二生命’。”比安卡·戈貝爾認(rèn)為,電池經(jīng)過(guò)合理的梯次利用,能夠有效延長(zhǎng)其使用壽命。她舉例表示,即便只保留原始健康狀態(tài)百分之七十甚至更低的電池,也可以應(yīng)用到市政儲(chǔ)能等領(lǐng)域。
電池回收技術(shù)是實(shí)現(xiàn)電池低碳化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。近年來(lái),隨著動(dòng)力電池退役潮來(lái)臨,大量新興企業(yè)進(jìn)入電池回收領(lǐng)域。目前,我國(guó)鋰鎳等部分高價(jià)值元素回收技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平,但面臨產(chǎn)業(yè)鏈上下游各自為戰(zhàn)、環(huán)境污染壓力大、無(wú)資質(zhì)企業(yè)擾亂市場(chǎng)等現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)。
華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授姚永剛說(shuō),從主流的回收方式來(lái)看,能量殘值較高的電池主要被梯次利用渠道吸納,電池組經(jīng)過(guò)檢測(cè)拆分重組等工藝后,將重新用于風(fēng)光發(fā)電、通信基站、市政設(shè)施等使用場(chǎng)景;殘值較低的則會(huì)通過(guò)回收利用,即利用暴力破碎、材料篩分、酸堿溶出萃取等工藝,實(shí)現(xiàn)對(duì)高價(jià)值元素的回收,但同時(shí)不可避免帶來(lái)大量的廢水廢氣廢固污染。
目前,上下游企業(yè)協(xié)同聯(lián)動(dòng)的電池回收體系尚未建成。中國(guó)電池聯(lián)盟高級(jí)顧問(wèn)、綜合部主任楊清雨表示,整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈包括所有電池應(yīng)用端、回收渠道、網(wǎng)絡(luò)、梯次利用、預(yù)處理、材料再利用等多個(gè)環(huán)節(jié),不可避免會(huì)出現(xiàn)技術(shù)壁壘、數(shù)據(jù)壁壘以及物流壁壘。
專家建議,針對(duì)目前回收利用行業(yè)內(nèi)產(chǎn)業(yè)化技術(shù)工藝與裝備落后的現(xiàn)狀,要加強(qiáng)研發(fā)平臺(tái)建設(shè),鼓勵(lì)龍頭企業(yè)、優(yōu)勢(shì)高校建設(shè)國(guó)家和省級(jí)創(chuàng)新中心等研發(fā)平臺(tái), 鼓勵(lì)企業(yè)加大研發(fā)投入力度。同時(shí),激勵(lì)企業(yè)在退役電池的拆解、分選、配組、清潔高效回收利用等環(huán)節(jié)開展自主研發(fā)或者產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目合作,以科技創(chuàng)新為基石,真正賦予廢舊電池“新生”。
原標(biāo)題: 電池新技術(shù)撐開新能源車創(chuàng)新空間