我國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：“續(xù)航1000公里，8分鐘充電80%”，石墨烯電池仿佛一下子點(diǎn)亮了新能源汽車的未來(lái)，但圍繞它的爭(zhēng)議也持續(xù)泛起漣漪。
一月十六日，中科院院士、我國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)副理事長(zhǎng)歐陽(yáng)明高表示，“假如某一位說(shuō)他的車既能跑一千公里，又能幾分鐘充完電，還特別地安全，而且成本還非常低，那大家不用相信，因?yàn)檫@在目前是不可能同時(shí)達(dá)到的?！?/p>
而就在一天前，廣汽埃安公布了“8分鐘充電80%，采用硅負(fù)極材料的石墨烯基超級(jí)快充電池”，NEDC續(xù)航里程可達(dá)到1000公里。不僅如此，蔚來(lái)、上汽智己等也幾乎同時(shí)宣布將推出1000公里續(xù)航的純電動(dòng)汽車。
一時(shí)間，新能源汽車的動(dòng)力技術(shù)路線再度成為業(yè)內(nèi)熱議的話題，2021年新能源汽車的技術(shù)大戰(zhàn)也就此拉開。顯然，長(zhǎng)續(xù)航是這場(chǎng)大戰(zhàn)的主旋律。
廣汽集團(tuán)稱，石墨烯基超級(jí)快充電池與長(zhǎng)續(xù)航硅負(fù)極電池，預(yù)計(jì)年內(nèi)分別搭載在AIONV和AIONLX車型。資料圖片/ICphoto
號(hào)稱快充、超長(zhǎng)續(xù)航的石墨烯電池惹爭(zhēng)議
對(duì)續(xù)航里程、安全性等多方面的更高需求，推動(dòng)著行業(yè)研發(fā)新一代電池。正如中科院物理研究所黃學(xué)杰所言相同，“一代正極材料，一代動(dòng)力鋰離子電池”，業(yè)內(nèi)認(rèn)為新一代動(dòng)力鋰離子電池發(fā)展最為關(guān)鍵的是材料的升級(jí)。
2015年，中科院上海硅酸鹽所黃富強(qiáng)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，石墨烯具有最佳的電化學(xué)儲(chǔ)能特性，可用作電動(dòng)汽車的“超強(qiáng)電池”，充電7秒鐘即可續(xù)航35公里。當(dāng)時(shí)就有觀點(diǎn)認(rèn)為，該技術(shù)若能達(dá)到量產(chǎn)將打破新能源的技術(shù)瓶頸。2017年三星遞交了石墨烯電池的專利，但至今為止未有一款石墨烯電池量產(chǎn)。
近日，廣汽集團(tuán)再次炒熱了石墨烯電池概念。日前，廣汽集團(tuán)董事長(zhǎng)曾慶洪表示，廣汽石墨烯基超級(jí)快充電池已進(jìn)入實(shí)車量產(chǎn)測(cè)試階段，首款搭載車型為AIONV，目前正在黑河做冬季試驗(yàn)，初定今年九月可以批量生產(chǎn)。曾慶洪稱，石墨烯快充電池最快8分鐘就能充電至80%，廣汽目前掌握的石墨烯制備技術(shù)，生產(chǎn)成本降低90%以上。
廣汽集團(tuán)石墨烯電池很快引起熱議。有觀點(diǎn)認(rèn)為石墨烯電池能夠提高充放電速率，新能源汽車?yán)m(xù)航問題有了最終答案;但也有觀點(diǎn)認(rèn)為，現(xiàn)階段根本不存在真正的石墨烯電池，廣汽石墨烯電池噱頭的成分比較大。
歐陽(yáng)明高就認(rèn)為，目前生產(chǎn)1000公里續(xù)航，充電幾分鐘，安全又便宜的電動(dòng)汽車，是不大可能的。
目前石墨烯在動(dòng)力鋰離子電池的應(yīng)用重要有兩個(gè)方向，一是作為導(dǎo)電劑，另一個(gè)就是電極材料，石墨烯能夠改善電池導(dǎo)電性能，理論上可以實(shí)現(xiàn)短時(shí)間充電和長(zhǎng)續(xù)航里程;但成本并不容控制。
我國(guó)汽車動(dòng)力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟副秘書長(zhǎng)王子冬表示，“石墨烯理論上對(duì)提高電池充放電速率是有幫助的，但對(duì)性能的提高幫助不大?！逼囆袠I(yè)分析師張翔稱，“石墨烯電池目前只處在實(shí)驗(yàn)室階段，技術(shù)并不成熟，短時(shí)間內(nèi)量產(chǎn)的可能性并不大”。
曾慶洪曾表示，廣汽集團(tuán)是在811和622三元鋰離子電池基礎(chǔ)上通過新增1%-2%的石墨烯正負(fù)極材料，提高電池的充電速度、能量密度以及續(xù)航能力。按照曾慶洪此前的說(shuō)法，廣汽埃安的石墨烯基超級(jí)快充電池并非以石墨烯作為主材料。
面對(duì)質(zhì)疑，廣汽埃安總經(jīng)理古惠南對(duì)媒體回應(yīng)稱，“今年1000公里續(xù)航的(電動(dòng)汽車)肯定要出來(lái)，8分鐘充滿1000公里理論上是可以的，電池能承受但是要解決配套充電樁的問題”。一月十八日，廣汽集團(tuán)再次回應(yīng)稱，石墨烯基超級(jí)快充電池與長(zhǎng)續(xù)航硅負(fù)極電池是兩種不同的技術(shù)，分別解決“充電速度慢”和“續(xù)航里程短”這兩個(gè)動(dòng)力鋰離子電池應(yīng)用中的不同痛點(diǎn)，預(yù)計(jì)于本年內(nèi)分別搭載在廣汽埃安現(xiàn)有AIONV和AIONLX車型上，市場(chǎng)需求具有不確定性。
一位充電樁行業(yè)人士告訴新京報(bào)記者，“1000公里續(xù)航里程的電池容量是150kWh，充電至80%的話電池容量需達(dá)到120kWh，按照8分鐘充電80%的說(shuō)法，充電樁的功率要達(dá)到900kW/h，要配備超過1200KVA的變壓器，這根本難以實(shí)現(xiàn)?！?/p>
歐陽(yáng)明高坦言，“近期有很多公布會(huì)都談到電池創(chuàng)新，這是正常的商業(yè)運(yùn)作，當(dāng)然不能過度，過度就會(huì)變成炒作。”國(guó)家電動(dòng)乘用車技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟技術(shù)委員會(huì)主任王秉剛則認(rèn)為，動(dòng)力鋰離子電池要綜合考慮車輛重量、充電安全、對(duì)電池的損害和性價(jià)比等問題，不能只談?wù)摾碚摗?/p>
能量需求上升推動(dòng)動(dòng)力鋰離子電池技術(shù)進(jìn)化
“雖然1000公里續(xù)航并不是我們追求的目標(biāo)，但電動(dòng)汽車的能量需求肯定還是上升的?！睔W陽(yáng)明高說(shuō)。
從1881年第一輛使用鉛酸電池的電動(dòng)汽車出現(xiàn)，到如今的長(zhǎng)續(xù)航電動(dòng)汽車和氫燃料動(dòng)力鋰電池汽車，促使動(dòng)力鋰離子電池發(fā)展的推動(dòng)因素始終是對(duì)“電動(dòng)汽車能量需求的上升”。
第一輛電動(dòng)汽車出現(xiàn)后，歐美市場(chǎng)的汽車銷量中有38%是電動(dòng)汽車。鉛酸電池存在很多短板，自重大、壽命短、成本高、續(xù)航短。因此，在內(nèi)燃機(jī)取得長(zhǎng)足發(fā)展之后，鉛酸電池電動(dòng)汽車就暫時(shí)退出了市場(chǎng)。
20世紀(jì)90年代，鎳氫電池登上舞臺(tái)，能量密度和功率有了很大提高。業(yè)內(nèi)熟知的鎳氫電池開發(fā)公司是松下，2012年的批量化生產(chǎn)證明了鎳氫電池的有效性和安全性，使用鎳氫電池的電動(dòng)汽車一度占據(jù)了80%以上的市場(chǎng)份額。不過，鎳氫電池在實(shí)際應(yīng)用中也存在諸多制約因素，包括高溫性能、存儲(chǔ)性能、循環(huán)壽命、熱管理和價(jià)格等。
隨著動(dòng)力鋰離子電池技術(shù)的發(fā)展，能量密度大幅提升、成本進(jìn)一步壓縮的鋰離子電池開始出現(xiàn)，并逐漸成為主流。
“在三元鋰離子電池還沒有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的時(shí)候，磷酸鐵鋰離子電池使用比較多，不過它續(xù)航里程偏低。”歐陽(yáng)明高表示，“后來(lái)體積能量密度高的三元鋰離子電池開始工業(yè)化，車載電池能量大幅新增，續(xù)航里程新增，電動(dòng)轎車市場(chǎng)開始啟動(dòng)?！?/p>
我國(guó)科學(xué)院物理研究所陳立泉介紹稱，從市場(chǎng)情況來(lái)看，當(dāng)前主流動(dòng)力鋰離子電池正由磷酸鐵鋰轉(zhuǎn)向三元鋰離子電池技術(shù)。雖然2020年比亞迪推出了刀片電池，對(duì)磷酸鐵鋰離子電池的魔改讓其擁有了逆風(fēng)翻拍的機(jī)會(huì)，但從當(dāng)前市場(chǎng)來(lái)看，三元鋰離子電池更為主流。
當(dāng)前的液態(tài)電解液鋰離子電池的最高能量密度是350Wh/kg，再加上電池管理系統(tǒng)等部件后，能量密度極限基本是全系統(tǒng)300Wh/kg，這與《汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》中提到的2025年動(dòng)力鋰離子電池單體能量密度達(dá)到350Wh/kg的目標(biāo)仍有一定差距。
除了能量密度極限，三元鋰離子電池還存在環(huán)境適應(yīng)性、續(xù)航里程、安全性等問題。里程焦慮一直被認(rèn)為是新能源汽車的“卡脖子”問題，尤其是冬季低溫環(huán)境下，電動(dòng)汽車?yán)锍炭s水的問題更為突出。鋰離子電池的安全問題也飽受爭(zhēng)議，2020年純電動(dòng)汽車自燃頻發(fā)。
全國(guó)乘用車市場(chǎng)信息聯(lián)席會(huì)秘書長(zhǎng)崔東樹也表示，“(新能源汽車)能源要多元化，要進(jìn)行新能源汽車技術(shù)路線的多元化發(fā)展”，除了動(dòng)力鋰離子電池之外，車企也在布局氫燃料動(dòng)力鋰電池的研發(fā)，以期獲得先發(fā)優(yōu)勢(shì)。
有業(yè)內(nèi)人士表示，相有關(guān)純電動(dòng)汽車型，氫燃料動(dòng)力鋰電池汽車更符合消費(fèi)者的用車需求和習(xí)慣，同時(shí)氫的可控性和可塑性都更強(qiáng)，氫燃料動(dòng)力鋰電池汽車不存在續(xù)航里程短、加注時(shí)間長(zhǎng)的問題。但同濟(jì)大學(xué)燃料動(dòng)力鋰電池汽車技術(shù)研究所所長(zhǎng)、教授章桐認(rèn)為，由于乘用車技術(shù)門檻較高，氫燃料動(dòng)力鋰電池汽車在乘用車領(lǐng)域商業(yè)化難度更大，至少要五年的時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)小批量的上市。
高鎳、全固態(tài)鋰離子電池等，誰(shuí)是動(dòng)力鋰離子電池的未來(lái)?
2020年國(guó)內(nèi)新能源汽車市場(chǎng)開始呈現(xiàn)高上升走勢(shì)，同時(shí)也拉動(dòng)動(dòng)力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈的高上升走勢(shì)，行業(yè)景氣度提升。歐陽(yáng)明高表示，當(dāng)前我國(guó)動(dòng)力鋰離子電池技術(shù)創(chuàng)新模式從政策主導(dǎo)向市場(chǎng)主導(dǎo)轉(zhuǎn)型，電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大創(chuàng)新，輔以電池單體材料小改進(jìn)成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)動(dòng)力鋰離子電池創(chuàng)新的特點(diǎn)。
2020年十月公布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》，提出汽車產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)全面電動(dòng)化轉(zhuǎn)型，在動(dòng)力鋰離子電池領(lǐng)域?qū)⒑w能量型、能量功率兼顧型和功率型三大技術(shù)類別，比較能量密度、電池壽命、成本等參數(shù)設(shè)置最低門檻及提升方向。
進(jìn)入2021年，新能源車企已紛紛拉開對(duì)動(dòng)力鋰離子電池的布局。一月九日，蔚來(lái)公布150kWh固態(tài)電池，搭載該電池的首款車型續(xù)航里程可達(dá)到1000km，一月十三日，上汽智己汽車宣布和寧德時(shí)代合作推出“參硅補(bǔ)鋰”電池，最大續(xù)航里程將超過1000公里;一月十六日，寧德時(shí)代董事長(zhǎng)曾毓群表示寧德時(shí)代正在開發(fā)的BEV電池包，可以實(shí)現(xiàn)超過1000km續(xù)航、10分鐘的快速充電、16年200萬(wàn)公里的使用壽命。
長(zhǎng)續(xù)航是新能源車企與消費(fèi)者共同的追求，何種動(dòng)力鋰離子電池才是滿足這種需求的最優(yōu)選擇?
寧波容百新能源科技股份有限公司總裁助理兼正極事業(yè)部總經(jīng)理佘圣賢等人認(rèn)為，在保證安全條件下，高鎳電池依舊是未來(lái)。高鎳的體系優(yōu)勢(shì)在于能量密度高、比能量高，直接提高整車的續(xù)航里程，但目前高鎳電池成本高、安全性和設(shè)計(jì)層面要改善。
而陳立泉等業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，新一代電池方法是發(fā)展固態(tài)電池或逐步過渡到全固態(tài)鋰離子電池?！肮虘B(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)取代隔膜和電解液，可以將能量密度提升到300Wh/kg以上，整車的續(xù)航里程也隨之提高。”陳立泉說(shuō)。
黃學(xué)杰認(rèn)為，從發(fā)展來(lái)看固態(tài)電池到了一個(gè)很好的時(shí)候，全固態(tài)電池是最理想的模式。
業(yè)內(nèi)認(rèn)為，固態(tài)電池逐步取代液態(tài)電池將是大勢(shì)所趨，按照“液態(tài)-半固態(tài)-準(zhǔn)固態(tài)-全固態(tài)”的技術(shù)演化路徑，液態(tài)電解質(zhì)含量逐步下降，全固態(tài)電池將是最終形態(tài)。此外，陳立泉認(rèn)為當(dāng)下應(yīng)該發(fā)展鈉離子電池，假如從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，鋰硫電池或者鋰空氣電池應(yīng)該是下一代的方向。
除了動(dòng)力鋰離子電池，整車的技術(shù)創(chuàng)新是新能源汽車改進(jìn)的方向。歐陽(yáng)明高認(rèn)為，純電動(dòng)汽車的環(huán)境適應(yīng)技術(shù)需求迫切，電動(dòng)熱管理系統(tǒng)效能，面向冬季工況的動(dòng)力系統(tǒng)能量綜合利用以及充電場(chǎng)景下電池的插槍保溫和脈沖加熱等都要改進(jìn)和創(chuàng)新。
新京報(bào)貝殼財(cái)經(jīng)記者王琳琳編輯趙澤校對(duì)賈寧
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