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    什么樣的動力電池代表著行業的未來?是方型電池、圓柱電池、軟包電池,抑或

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    什么樣的動力電池代表著行業的未來?是方型電池、圓柱電池、軟包電池,抑或

    經濟觀察報 記者 王帥國新能源汽車發展十多年來,沒有比今天更有活力的時刻了。在整車領域,純電動、混動、插電混動、增程式混動、氫能等多條路線,由多年前的爭議攻伐走到了如今并行發展的階段。新能源汽車市場的擴容,為秉持各種動力路線的車型帶來了發展空間,雖然仍不乏爭吵“內耗”,但更多的是包容。

    而在被視為新能源汽車“心臟”的動力電池領域,攻伐論戰的烈度多年來未明顯降低,甚至到今天還有增無減。什么才是動力電池的終極形態?每個玩家都想試圖證明自己就是那個天選之子。

    對于材料體系、電池形態、制造工藝的爭論,隨著一家軟包電池企業的高調發言再度被挑起。9月9月,國內軟包電池頭部企業孚能科技董事長王瑀在一場公開發布會上表示:“明年開始軟包電池市占率會大幅增加”“軟包疊片是動力電池的未來”。

    什么樣的動力電池代表著行業的未來?是方型電池、圓柱電池、軟包電池,抑或固態電池?實際上這個問題難有明確答案。

    與電池形態上的比拼相比,電池材料體系之間的較量也在激烈追逐。多年前磷酸鐵鋰“稱王”,如今三元鋰后來居上,而最近兩年磷酸鐵鋰再度回歸。你追我趕之間,全球汽車產業的面貌也在跟隨著跳動。寧德時代、比亞迪、松下、LG等巨頭之間的市場排位不斷變化。一些二三線動力電池企業也在虎視眈眈地盯著頭把交椅的位置。

    正因為動力電池對車企的至關重要性,當全球新能源汽車滲透率快速增長的同時,一批車企也想要掌握自己的電池話語權,特斯拉、比亞迪、大眾、豐田、通用、福特、奔馳、寶馬,無一不希望自建電池廠。而國內各大車企,紛紛推出自己的電池技術品牌,以彰顯自己電池技術的先進性。

    但如此百家爭鳴的局面背后,實質上是動力電池面臨了難以逾越的物理與化學天花板。動力電池能量密度已經接近理論最高值,但繼續提高電池性能又是用戶與市場的期望。在這一兩難的境況下,動力電池實際上需要在技術為王的基礎上,更多地向市場為王的邏輯演進。

    材料體系之爭暫告段落

    現在新能源汽車上使用的鋰電池,1976年由英國的科學家M.Stan-leyWhittingham所發明。到20世紀90年代,日本的索尼公司將鋰離子電池商業化。

    此后,在日產、松下、LG化學、特斯拉等車企與電池廠商的推動之下,鋰離子電池開始逐漸進入汽車市場。

    在中國2009年開始發展新能源汽車時,日韓的電池技術已經處于領先地位。因此,在行業發展早期,松下、LG化學、三星SDI等日韓企業一度占據中國動力電池大部分市場份額。

    2015年,國家出于促進國內動力電池企業平穩發展的目的,出臺了《汽車動力蓄電池行業規范條件》,并配套了四批符合條件的企業名單(俗稱“動力電池白名單”),將日韓動力電池企業拒之門外。

    在財政資金的持續補貼之下,寧德時代、比亞迪、國軒高科、孚能科技等一眾企業發展迅速。不過,國內動力電池的競爭格局也經歷了由比亞迪領銜,到后來寧德時代一家獨大,再到如今,二三線電池企業追趕的幾個階段。

    這其中,國家補貼政策的驅動對于動力電池的材料體系等影響深遠。從剛開始的注重安全,到后來慢慢提高對于能力密度的要求,動力電池的材料體系也經歷了以磷酸鐵鋰為主到以三元鋰為主的更替。如今隨著補貼的退出,磷酸鐵鋰憑借著成本更加低廉、安全系數更高的優勢,市場占有率又重新回到50%以上。

    中汽協發布的最新數據顯示:2022年1-8月,中國動力電池累計裝車量162.1GWh,累計同比增長112.3%。其中三元電池累計裝車量66.0GWh,占總裝車量40.7%,累計同比增長61.1%;磷酸鐵鋰電池累計裝車量95.9GWh,占總裝車量59.2%,累計同比增長172.2%。無論是裝車量還是增速,磷酸鐵鋰電池都已經遠超三元鋰電池。

    鋰、鎳、鈷、錳等是構成動力電池的基本原料。簡單而言,因幾大元素的配比不同,便形成不同的電池性能。從這個角度,鈉離子電池、無鈷電池等新材料電池也開始被研究應用。

    在經歷了十余年的發展后,行業更清醒地意識到,實際上每一種電池都有其最合適的應用場景,不再爭論究竟誰會統治市場,誰會隨著時代的發展而消逝。目前,國內形成的共識是,未來三元鋰市場憑借更高的能量密度,將占據大部分高端車市場;而對續航里程要求不那么高的中低端汽車市場,則主要將以磷酸鐵鋰電池為主。

    外觀形態之爭烽火四起

    雖業界對于動力電池材料有了一定的共識,但在電池的形態方面又起了爭執。由于方型電池具有內阻小、循環壽命長、封裝可靠度高、耐受性好、成組相對簡單、系統能量效率高等優勢,多年來始終占據著主流的市場地位。

    來自中國汽車工業協會與高工產業研究院的數據顯示,2017年至2021年,方型電池在中國動力電池市場的占比從57.5%上升至86.5%;軟包電池在中國動力電池市場的占比從15.3%下降至7.4%;圓柱電池在中國動力電池市場的占比從27.2%下降至6.2%。

    在國際市場上,方型電池的占比并不如國內市場。起點研究院發布的數據顯示,在全球范圍內,今年上半年方型電池裝機量133.8GWh,占比65.2%;軟包電池裝機量41.6GWh,占比 20.3%;圓柱電池裝機量29.7GWh,占比14.5%。

    不過,當行業將固態電池作為未來的發展方向之一后,動力電池形態上又出現了巨大變數。在上述孚能科技的發布會上,王瑀對外喊出了“軟包疊片是動力電池的未來”的口號,其理論正是基于對電池形態的全新理解。

    據王瑀介紹:“軟包電池與方型和圓柱電池不同的地方在于它的包裝材料,軟包電池的包裝材料是鋁塑膜,方型和圓柱電池包裝材料主要是鋁殼、鋼殼。軟包電池可以包含疊片、卷繞兩種工藝;也可以包含任何的材料,正極材料從磷酸鐵鋰到三元鋰,固體材料可以從石墨到硅碳;電解質也可以從液態組織到半固態再到固態,所以它是包羅萬象的。”

    獨立財經智庫遠川研究院曾在有關軟包電池生存現狀的一篇文章中指出,目前動力電池廠都在研發固態電池,由于使用固態電解質,柔軟性不足,只能使用疊片方式,因此無法使用圓柱封裝方式,使用方型封裝則會削弱它的能量密度優勢,反倒是軟包封裝和固態電池是最適配的。

    未來總是存在諸多不確定性,軟包的電池形態能否在固態電池時代迎來飛躍,目前還不能下結論。

    此外,許多汽車廠商也推出了一系列新的電池技術品牌,如比亞迪的刀片電池,寧德時代的麒麟電池,廣汽埃安的彈匣電池、嵐圖的云母、琥珀電池,上汽的躺式電池,等等。這些電池也在強調電池形態與結構的功效。但更多情況下,它們采取的是外購電芯+電池包結構創新的模式,雖宣揚不起火不爆炸,但嚴格而言屬于品牌營銷語境,與真正的技術突破還有距離。

    行業盼望質的飛躍

    目前來看,全球的動力電池廠商依舊在圍繞著能量密度、安全性、循環壽命、充電速度等消費者面臨的痛點做相應的提升工作。

    但行業面臨的一個重要問題是,作為動力電池的核心指標之一,已經接近量產的新產品的能量密度,已經達到甚至超過理論最高值300Wh/kg。

    例如,特斯拉即將于今年年底實現大規模生產的4680電池單體能量密度已達到300Wh/kg,而它的電池組能量密度為217Wh/kg;今年6月,寧德時代發布的第三代 CTP技術——麒麟電池,電池組能量密度更是已經達到255Wh/kg。

    根據寧德時代官方的描述,在相同的電化學體系、電池包尺寸下,材料用三元高鎳版的麒麟電池,比同體積的特斯拉4680高出13%的能量密度。

    近期,孚能科技發布的SPS大軟包電池系統,由于采用高效液冷板與底盤的一體化設計,半固態大軟包電芯直接集成于系統底盤(省去了電池模組),使系統零部件減少50%,體積利用率增加30%至75%,比寧德時代麒麟電池的體積利用率還要高出3個百分點。這意味著,在同等條件下,SPS大軟包電池系統能量密度比后者還要高出一些。

    在能量密度已經達到最高值后,安全性能、低溫情況下的使用性能與充電速度的重要性愈發凸顯出來。時不時被爆出的新能源車失火、爆炸,假期排隊數小時充電的報道,每次都會引發一波又一波關于新能源汽車技術成熟與否的談論。

    因此,電池廠商與車企想盡了一切辦法,在電池系統中使用高效液冷板、導熱片、納米保溫材料,以及高效排氣通、低溫快速自加熱設計、全極耳技術等等。充電方面,則是電池廠商與充電樁廠商在相互配合,同時提高電芯的充電倍率與充電樁的電流、電壓。

    但這些問題的解決方案,或由于實際效果并不如商家宣傳的那么好,或由于新的解決方案還沒有被消費者感受到,因此市面上的質疑之聲仍不在少數。

    因此,理論能量密度可以達到500Wh/kg、不需要可燃液體作為電解質的固態電池,被行業看作是目前解決上述多個問題的最佳方案。但目前還沒有真正的技術能力實現固態電解液,于是半固態電池充當起中間過渡品。

    今年3月,在2022中國電動汽車百人會論壇上,中國科學院院士歐陽明高表示,中國動力電池產業化的目標為:到2025年,液態體系電池單體能量密度將達到350Wh/kg;2030年,液態電池向固態電池過渡的固液混合體系電池單體能量密度為400Wh/kg;2035年,準/全固態體系電池單體能量密度將達500Wh/kg。

    這也意味著,現在距離液態體系電池發展至固態體系電池至少還需要十余年的時間。在這期間,是否會出現性能更好的電池化材料體系,軟包電池是否會取代方型電池成為主流,一切都還是一個未知數。

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