刀片/石墨烯/“無(wú)鈷”電池誰(shuí)才是動(dòng)力電池的未來(lái)
在今年的全國(guó)兩會(huì)上，新能源汽車(chē)的發(fā)展再一次受到國(guó)家和代表委員的重視，政府工作報(bào)告中提出，將重點(diǎn)支持既促消費(fèi)惠民生又調(diào)結(jié)構(gòu)增后勁的“兩新一重”建設(shè)，主要是加強(qiáng)新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，發(fā)展新一代信息網(wǎng)絡(luò)，拓展5G應(yīng)用，建設(shè)充電樁，推廣新能源汽車(chē)，激發(fā)新消費(fèi)需求、助力產(chǎn)業(yè)升級(jí)。
目前，我國(guó)已經(jīng)連續(xù)數(shù)年成為新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)第一的國(guó)家，這也推動(dòng)著我國(guó)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我國(guó)同樣也已經(jīng)成為了全球電池供應(yīng)量最大的市場(chǎng)。電池作為新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心推動(dòng)力，已經(jīng)不僅僅是單純?cè)趦?chǔ)能、能量密度方面的競(jìng)爭(zhēng)。如何更好地保證電池耐久、可靠、成本以及環(huán)保等問(wèn)題，逐漸成為行業(yè)發(fā)展新的風(fēng)向標(biāo)。
隨著行業(yè)需求的增大、技術(shù)的進(jìn)步和競(jìng)爭(zhēng)的加劇，市場(chǎng)對(duì)于電池技術(shù)的迭代，也向著多樣化以及技術(shù)化發(fā)展。近日，電池行業(yè)內(nèi)重磅消息不斷，比亞迪的刀片電池、豐巢集團(tuán)推出的“無(wú)鈷”電池、再加上廣汽宣布石墨烯電池技術(shù)取得突破，一時(shí)間，電池技術(shù)呈現(xiàn)出了“百家爭(zhēng)鳴”的盛景。既牽動(dòng)著消費(fèi)者，也影響著資本市場(chǎng)。
2020年上半年：動(dòng)力電池新技術(shù)你方唱罷我登場(chǎng)
2020年上半年，雖然疫情降低了車(chē)市的溫度，但動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)卻呈現(xiàn)白熱化，近日來(lái)更是重磅消息不斷。
3月29日，比亞迪正式推出刀片電池，在發(fā)布會(huì)上展示了電池最為懼怕的針刺測(cè)試，并宣稱(chēng)刀片電池具備的的高安全、長(zhǎng)續(xù)航、長(zhǎng)壽命等特點(diǎn)，將把動(dòng)力電池的發(fā)展路線重新拉回到以安全為本的道路上。
5月13日，廣汽集團(tuán)旗下的廣汽新能源對(duì)外宣布：今年底，石墨烯電池量產(chǎn)研發(fā)工作將從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嵻?chē)，廣汽新能源Aion車(chē)型將搭載相關(guān)技術(shù)成果。據(jù)悉，“基于廣汽三維結(jié)構(gòu)石墨烯（3DG）材料而研發(fā)的“超級(jí)快充電池” 已經(jīng)完成電芯、模組、電池包樣件的測(cè)試工作，并搭載整車(chē)進(jìn)行了裝車(chē)大功率充電測(cè)試，電池壽命和安全性均已達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)測(cè)試，“超級(jí)快充電池”僅需8分鐘就可以將電池充電至85%，充電時(shí)間與傳統(tǒng)燃油車(chē)的加油時(shí)間相當(dāng)。
長(zhǎng)城旗下的蜂巢能源科技于5月18日發(fā)布了號(hào)稱(chēng)全球第一款無(wú)鈷動(dòng)力電池。這款電池產(chǎn)品，最大的特點(diǎn)是在正極材料中徹底去掉了稀有金屬鈷，使得原來(lái)的三元鎳鈷錳酸鋰，變成了二元的鎳錳酸鋰。據(jù)介紹，這將有效降低電池的成本，而蜂巢能源總經(jīng)理?xiàng)罴t新則在接受記者采訪時(shí)表示，無(wú)鈷電池在600km-800km續(xù)航的細(xì)分市場(chǎng)更具競(jìng)爭(zhēng)力。
而就在6月10日，寧德時(shí)代也宣布，準(zhǔn)備生產(chǎn)一款壽命達(dá)16年、總續(xù)航里程達(dá)200萬(wàn)公里的電池。
政策變化 導(dǎo)致動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)進(jìn)入變革期
全國(guó)乘聯(lián)會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)崔東樹(shù)指出，我國(guó)新能源汽車(chē)動(dòng)力電池技術(shù)的發(fā)展，受到政策導(dǎo)向的影響很大。
最初，動(dòng)力電池領(lǐng)域的技術(shù)路線主要集中在磷酸鐵鋰電池。然而到了2012年，隨著國(guó)家對(duì)電池能量密度提出了明確指標(biāo)，電池能量密度更高的三元鋰電池被越來(lái)越多的汽車(chē)廠家應(yīng)用到新能源汽車(chē)產(chǎn)品上。越來(lái)越多的汽車(chē)廠家為了獲取補(bǔ)貼，開(kāi)始轉(zhuǎn)向三元鋰電池。2015年，就連以研發(fā)磷酸鐵鋰電池起家的比亞迪都開(kāi)始采用三元鋰電池，作為新能源汽車(chē)產(chǎn)品上的動(dòng)力電池。
事實(shí)上，磷酸鐵鋰和三元鋰電池，都主要指的是電池的正級(jí)材料。兩者之間的差別在于，磷酸鐵鋰電池的能量密度較低，但穩(wěn)定性較高，相對(duì)安全，大多用于乘用客車(chē)；而三元鋰電池能量密度較高，但成本也較高，因此，在國(guó)家和地方補(bǔ)貼都存在時(shí)，車(chē)企更加愿意將三元鋰電池裝配在新能源汽車(chē)上。然而，隨著2019年，國(guó)家補(bǔ)貼政策開(kāi)始大幅度退坡，動(dòng)力電池行業(yè)白名單也隨之取消，車(chē)企的選擇再一次發(fā)生變化，補(bǔ)貼的退坡意味著車(chē)企成本增加，于是此前成本較低的磷酸鐵鋰電池重新獲得車(chē)企的青睞；而白名單的取消，導(dǎo)致海外電池供應(yīng)商加入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，也促進(jìn)了國(guó)內(nèi)電池企業(yè)尋求技術(shù)突破，以獲得市場(chǎng)話語(yǔ)權(quán)。
這一切，催生出了2020年上半年的這場(chǎng)動(dòng)力電池競(jìng)爭(zhēng)的白熱化。崔東樹(shù)認(rèn)為，補(bǔ)貼政策的退坡雖然導(dǎo)致了近一段時(shí)間內(nèi)新能源汽車(chē)銷(xiāo)量下滑明顯，但是隨著國(guó)家政策的陸續(xù)出臺(tái)，我國(guó)新能源汽車(chē)市場(chǎng)正在向著市場(chǎng)為導(dǎo)向的方向發(fā)展。近半年來(lái)動(dòng)力電池技術(shù)不斷取得新的突破正說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。
磷酸鐵鋰、石墨烯、無(wú)鈷電池 究竟哪種技術(shù)路線最靠譜
比亞迪的刀片電池讓磷酸鐵鋰電池重新回到了人們的視野當(dāng)中。此前磷酸鐵鋰在與三元鋰電池的競(jìng)爭(zhēng)中落在下風(fēng)，一方面有政策的原因，但另一方面，能量密度低、低溫穩(wěn)定性不高也確實(shí)是劣勢(shì)。但是其成本低、穩(wěn)定性可靠的優(yōu)點(diǎn)同樣不容忽視。
如今比亞迪的刀片電池，正是磷酸鐵鋰電池基礎(chǔ)上優(yōu)化改良的結(jié)果。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是比亞迪把電芯做得更薄更長(zhǎng)更扁平化，這樣體積能量密度就大幅提升了（從251Wh/L提升至332Wh/L），續(xù)航也就相應(yīng)提高，第一款搭載刀片電池的比亞迪漢EV綜合工況續(xù)航605公里，進(jìn)入了600km也就意味著進(jìn)入了目前電池續(xù)航能力第一梯隊(duì)。在比亞迪發(fā)布刀片電池的發(fā)布會(huì)上，比亞迪董事長(zhǎng)王傳福表示，“刀片電池”是在技術(shù)糾偏，“正是對(duì)電池能量密度不切實(shí)際的追求，徹底帶偏了動(dòng)力電池行業(yè)的發(fā)展路線，并讓新能源汽車(chē)的安全口碑付出了極其慘重的代價(jià)?！?/p>
三元鋰電池一直以來(lái)的擁躉特斯拉，如今也看上了磷酸鐵鋰電池，國(guó)產(chǎn)Model 3的短續(xù)航版本就將搭載寧德時(shí)代提供的磷酸鐵鋰電池。對(duì)特斯拉來(lái)說(shuō)，這個(gè)版本的Model 3續(xù)航?jīng)]必要干到600km+，最重要的是成本能更低就夠了。只不過(guò)不管是比亞迪還是特斯拉/寧德時(shí)代，都有一個(gè)問(wèn)題待解，就是磷酸鐵鋰電池的低溫性能差問(wèn)題。
此外，也有業(yè)內(nèi)人士指出，刀片電池其實(shí)只是結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新，也就是說(shuō)，在更好的工藝水平下，在電池包里中加入更多的電芯，更好的利用電池包的體積和空間，這意味著這樣的改良存在上限。
相比比亞迪刀片電池，廣汽新能源的石墨烯電池則更加令人側(cè)目。因?yàn)橐恢币詠?lái)，石墨烯的產(chǎn)業(yè)化一直是未解的難題。
2010年，荷蘭物理學(xué)家安德烈·海姆和擁有英國(guó)與俄羅斯雙重國(guó)籍的物理學(xué)家康斯坦丁·諾沃肖洛夫作為石墨烯的發(fā)現(xiàn)者獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。從此石墨烯開(kāi)始進(jìn)入大眾視野。2017年，國(guó)家工信部制定《十三五材料領(lǐng)域科技創(chuàng)新專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃》，將石墨烯材料技術(shù)劃為重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。此后，石墨烯因具備超輕、超高強(qiáng)度、超強(qiáng)導(dǎo)電性等特性，被認(rèn)為是提高電池充電速度、推動(dòng)動(dòng)力電池技術(shù)進(jìn)步的重要技術(shù)。一旦石墨烯作為動(dòng)力電池的工業(yè)化方案可行，那么電動(dòng)汽車(chē)充電慢、續(xù)航里程不足、以及安全性方面的痛點(diǎn)都能夠迎刃而解。然而石墨烯在實(shí)際中，商業(yè)化依舊非常困難。業(yè)內(nèi)也有少專(zhuān)家認(rèn)為，石墨烯電池是僅僅存在實(shí)驗(yàn)室中的技術(shù)，工業(yè)化進(jìn)程還難以實(shí)現(xiàn)。
不過(guò)廣汽新能源堅(jiān)信石墨烯電池可以從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)。他們對(duì)外宣布，基于三維結(jié)構(gòu)石墨烯（3DG）材料的“超級(jí)快充電池”，將在今年底搭載在Aion車(chē)型上。目前廣汽并未公布石墨烯電池更多的技術(shù)細(xì)節(jié)，僅僅表示8分鐘即可充滿(mǎn)新能源汽車(chē)85%的電量，廣汽究竟能否成功，今年年底就將揭曉。
再來(lái)看看無(wú)鈷電池。事實(shí)上，與磷酸鐵鋰類(lèi)似，導(dǎo)致無(wú)鈷電池技術(shù)發(fā)展的根源，也來(lái)自于汽車(chē)企業(yè)降低成本的需要。無(wú)鈷電池指的并非本身就不含鈷的磷酸鐵鋰電池，而是去掉了鈷之后的三元鋰電池。
當(dāng)前，新能源汽車(chē)市場(chǎng)常用電池分別為以鎳鈷錳（NCM）為主要材料的三元鋰電池。然而，公開(kāi)資料顯示，作為動(dòng)力電池正極材料中的重要元素之一，鈷不但可以穩(wěn)定材料的層狀結(jié)構(gòu)，而且可以提高材料的循環(huán)和倍率性能。但是鈷在地殼中的含量較低，如果不考慮回收，未來(lái)鈷或?qū)⒐┎粦?yīng)求。而隨著新能源汽車(chē)保有量的迅速增長(zhǎng)，鈷價(jià)格也使得電池成本居高不下。有分析指出，盡管目前一些電池的“高鎳低鈷”趨勢(shì)滿(mǎn)足了企業(yè)的降本需求，但另一方面“高鎳低鈷”可能會(huì)導(dǎo)致電池過(guò)熱，容易引起燃燒，安全性會(huì)受到影響。所以，要做到真正的“無(wú)鈷化”，必須要有一定的技術(shù)突破。
蜂巢研發(fā)的NMX無(wú)鈷電池，屬于鎳錳體系無(wú)鈷電池的一種，去掉了鈷之后提高鎳比例，再摻雜其他元素，改善熱穩(wěn)定性，再通過(guò)包覆物質(zhì)提升工作電壓，進(jìn)而提升能量密度。事實(shí)上，這種鎳錳體系無(wú)鈷電池許多企業(yè)都在做，包括寧德時(shí)代，甚至特斯拉也在自行研發(fā)。但區(qū)別是這其中的元素和配比，各家企業(yè)都需要大量的試錯(cuò)和調(diào)整，找到最優(yōu)方案。長(zhǎng)城集團(tuán)旗下的蜂巢科技最早宣布了這項(xiàng)技術(shù)的量產(chǎn)化，據(jù)悉最終的成果L6薄片無(wú)鈷長(zhǎng)電芯，壽命達(dá)到15年120萬(wàn)公里，綜合續(xù)航880km，相關(guān)負(fù)責(zé)人表示明年下半年能夠量產(chǎn)。
業(yè)內(nèi)人士分析指出，目前動(dòng)力電池技術(shù)多種路線的產(chǎn)生，恰恰也從一個(gè)角度反映出，目前尚未有能夠解決一切新能源汽車(chē)技術(shù)發(fā)展痛點(diǎn)的技術(shù)產(chǎn)生。發(fā)展新能源汽車(chē)早已上升到我國(guó)國(guó)家戰(zhàn)略層面，電池技術(shù)的突破更是我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)技術(shù)突破的關(guān)鍵。以目前的產(chǎn)業(yè)格局看，可以確定的是，磷酸鐵鋰電池將重回席位，并且在續(xù)航短、成本低的入門(mén)級(jí)車(chē)型領(lǐng)域重受青睞；而無(wú)鈷的三元鋰電池也很可能在長(zhǎng)續(xù)航的中高端車(chē)型上占據(jù)主力。不管推出的重磅技術(shù)是真正的技術(shù)突破還是資本市場(chǎng)的煙幕彈，技術(shù)發(fā)展的目的是讓電動(dòng)汽車(chē)變得充電更快、安全性更可靠、跑得更遠(yuǎn)。
隨著我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，市場(chǎng)終將占據(jù)主導(dǎo)，在這樣的情況下，無(wú)論是在技術(shù)層面還是商業(yè)層面，迎來(lái)突破都將只是時(shí)間問(wèn)題。