下一次动力电池洗牌或在不远处

行业 (14) 2周前

近日,天齐锂业、赣锋锂业接连发力固态电池的举动,引发行业密切关注。这两家电池材料供应商向下延伸业务,打破了产业链上下游企业多年来天然形成的界限——上游企业专注材料供应,电池企业积极研发电池配方。 近日,天齐锂业、赣锋锂业相继推出固态电池,引起业界密切关注。这两家电池材料供应商向下延伸业务,打破了多年来产业链上下游企业形成的天然边界——上游企业专注材料供应,电池企业积极研发电池配方。

据记者了解,天齐锂业和赣锋锂业并不是单纯走发展锂电池的老路,而是从固体和半固体电池切入。那么,他们的进入会带来动力电池行业的洗牌吗?

锂电池关键材料接近极限

正极、负极和电解液是锂电池的关键材料。经过多年的技术发展,它们的潜力得到了深度挖掘,都已经接近材料性能的极限值。

中南大学冶金学院教授张朱勇告诉《中国汽车报》记者,锂电池电解液的发展趋势是液态到凝胶态,再到半固态、准固态,最后到全固态。据介绍,现有的锂电池电解液约占电池质量的25%,凝胶化时会降至10%左右,半固态时再降至5%左右。当它是准固态时,电解液的量会很少,只占电池总质量的1%左右。全固体电池没有液体电解质,固体电解质将发挥重要作用。

磷酸铁锂电池和三元锂电池的正极材料的限值差别很大。几年前,很多业内专家表示,磷酸铁锂电池的能量密度“天花板”约为180Wh/kg。后来这个数值被打破了,但这并不是研究者结论的错误。据报道,能量密度不仅与正极材料有关,还与负极材料密切相关。早些年,石墨被广泛用作锂电池的阴极,但现在加入了硅。在硅碳负极的帮助下,磷酸铁锂电池的能量密度得到了进一步的提高。三元锂电池的能量密度高于磷酸铁锂电池,但材料的潜力也被挖掘到接近极限值。

张勇说,液态锂电池的能量密度大约在250 ~ 300 Wh/kg,凝胶态可以达到350Wh/kg,准固态可以达到400Wh/kg。与液态锂电池相比,全固态的能量密度有了很大的提高,可以达到500Wh/kg。

动力电池之所以一直被称为锂电池,是因为磷酸铁锂电池和三元锂电池都含有金属锂。但是,对于现有的锂电池、半固态和固态电池,金属锂扮演着不同的角色。张说,在现有的动力电池中,锂主要用于正极材料和电解液;在凝胶和半固体电池中,锂已广泛用于负极材料的预锂化等技术中。在准固态和全固态电池中,将应用锂金属负极,进一步增加其应用场景。

长途驾驶背后的市场驱动力

资料显示,全球电动车销量领先的特斯拉、比亚迪、五菱洪光MINIEV都有自己鲜明的产品特色。特斯拉不断强调自动驾驶的高科技,也着力推动续驶里程的不断提升。比亚迪在自动驾驶的市场化上稍逊一筹,但在营销上也不断强调车辆续驶里程的提升,从最初的300公里到现在的600公里,几乎翻了一倍。五菱洪光MINIEV强调性价比,普通电动车企业很难在这方面超越它。

特斯拉和比亚迪的技术策略起到了明显的市场效应。数据显示,多年来,两家公司的电动汽车销量一直位于排行榜前列。特斯拉和比亚迪的成功吸引了其他公司纷纷效仿。Xpeng Motors G3推出400km标准续航版和520km长续航版;蔚来EC6续驶里程430 ~ 615km即使在李一中,续驶里程也在1000公里以上。

为了赢得市场竞争优势,车企都在追求长续驶里程来吸引消费者。然而,电池技术并未取得重大突破。在这种情况下,他们一般会用两种方法来增加车辆的续驶里程。一是优化电池组的物理结构;第二种是多个“堆叠”电池。CTB、CTP技术、滑板底盘应运而生,这些新的物理结构也为“堆叠”电池创造了条件。

一位业内人士告诉记者,小鹏、蔚来、吉利等车企都是用“堆电池”的方式来追求车辆的长时间行驶,但与比亚迪相比明显较弱。原因是比亚迪有自己的电池厂,大部分车企依赖外部供应商。“堆叠”电池意味着整车成本将大幅增加。近年来,动力电池原材料价格大幅上涨,汽车企业“堆”电池的成本也在增加。靠这种方法追求长时间驾驶来吸引消费者,会越来越难。在不利的市场竞争形势下,一些汽车企业选择突破困境,尝试胶体和半固体电池。

离行业洗牌还有多远

固态电池的概念很多年前就出现了,但一直没有在电动车上量产。真锂研究CEO莫可在接受记者采访时表示,小型固态电池已经量产,主要应用在一些电子产品中。这种固态电池容量比较低,无法大规模用于动力电池。

莫克还告诉记者,固态电池的界面导电性是个大问题。为了突破这个瓶颈,一些电池公司选择用凝胶填充来增加接触面,从而增加导电性。

中国科学院物理研究所研究员李红指出,混合固液电池包括半固体-液体电解质电池、准固体电解质电池、固体电解质电池,实现方式不同。首先,电极颗粒的表面涂有一薄层固体电解质;第二,在隔膜和电极的孔隙中加入固体电解质粉末或聚合物电解质;液体电解质在三湿极片过程中转化为固体电解质;第四,在电芯注入电解液后,通过化学方法将液态电解液转化为固态电解液;第五,液体电解质通过电化学反应在电池中原位转化为固体电解质。

国内哪些企业在固态和半固态电池方面领先?李宏告诉记者,赣锋锂业、福能科技、卫兰新能源等都瞄准了半固态电池赛道,取得了不错的成绩。

据介绍,赣锋锂业已建成0.3GWh混合固液锂离子电池生产线,具备量产能力。首批赣锋混合固液锂离子电池已安装在东风E70电动车上。4月新增年产7000吨金属锂项目,投资22亿元建设高比能量固态电池超薄锂负极材料。江西锂业也在加紧研发第二代固态锂电池。第二代电池将基于高镍三元正极和含锂负极,能量密度超过350Wh/kg,循环寿命接近4000次。

李红也是卫兰新能源的首席科学家。他没有回应记者关于公司半固态电池研发进度的问题。记者从其他渠道了解到,卫兰新能源的半固态电池将搭载蔚来ET7,能量密度360Wh/kg,循环寿命1000次。已通过汽车企业和国家标准的安全测试,今年将实现2GWh产能。

富能科技的半固态电池能量密度为330Wh/kg,可实现2.2C快充。这款电池获得了2021年美国汽车委员会的“优秀团队奖”,样品送到整车厂检测,得到了很好的反馈。

蜂巢果冻电池使用凝胶电解质,不同于现有的大多数锂电池电解质。该电解质具有高耐热性和自愈合的特点。已通过160℃热箱试验和“无火无烟”针刺试验。2021年第一代果冻电池能量密度为250 ~ 300 Wh/kg,预计2023年达到300 ~ 350 Wh/kg,2025年达到350 ~ 400 Wh/kg。

一位业内人士告诉记者,固态电池是电动车的发展方向,在技术难题无法完全攻克的情况下,半固态电池将是一个很好的过渡产品。在不久的将来,该领域的龙头企业将在市场竞争中处于有利地位,届时动力电池市场将面临新的洗牌。

文:万编辑:庞排版:

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