鉅大LARGE | 點擊量：480次 | 2023年02月07日
三元電池有天花板氫氧和鋰氧各有熱捧者 動力鋰離子電池最終目標會是誰？
在我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，動力鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線一直以來多有爭議。目前備受推崇的鋰離子電池，行業(yè)不少人士認為這一領(lǐng)域也存在天花板。在鋰離子電池發(fā)展如火如荼的當今，不少公司或研究機構(gòu)也在探索電池產(chǎn)品新的發(fā)展方向，如燃料動力電池和固態(tài)電池。從目前來看，這兩種電池都有自己很明顯的優(yōu)點，當然存在的短板也不少。于是，針對動力鋰電池發(fā)展路線，業(yè)界人士展開了爭論：誰才是未來的最終電池？六月十四日，我國汽車動力鋰電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟動力鋰電池分會成立大會暨技術(shù)研討會在北京召開，從會上各專家的觀點中或可窺見動力鋰電池的未來發(fā)展方向。
分析動力鋰電池的現(xiàn)狀必須考慮研發(fā)與使用情況，對此，公司和研究機構(gòu)看法并不相同。
作為我國動力鋰電池領(lǐng)先公司，寧德時代與科研機構(gòu)對鋰離子電池的研發(fā)有較大不同，寧德時代更重視從工程化的角度入手。寧德時代副總裁、首席科學(xué)家吳凱介紹，電池公司進行研發(fā)重視考慮兩方面因素，一是能量密度；二是成本平衡設(shè)計。這兩條曲線與經(jīng)濟學(xué)的供需曲線相似，在某個位置形成平衡點。這個平衡點的時間節(jié)點是2020年，能量密度達到300Wh/Kg，價格為1元/Wh。在這個平衡點之下，三元/石墨體系的電池會成為流行趨勢，隨著能量密度提升，硅基負極體系、固態(tài)電池等會顯示出優(yōu)勢。
我國目前動力鋰電池的研發(fā)重要考慮的是能量密度、成本、壽命三要素平衡設(shè)計，在考慮安全性、使用環(huán)境的廣泛性以及充電方面，系統(tǒng)設(shè)計成為引導(dǎo)電池設(shè)計方向的關(guān)鍵。在平衡點之下，高鎳化是提高能量密度的重要手段。寧德時代近期會在高鎳應(yīng)用方向深耕細作，長期來看，會加強固態(tài)鋰金屬電池開發(fā)。吳凱說。
此外，大數(shù)據(jù)監(jiān)控也說明了我國新能源汽車動力鋰電池的現(xiàn)狀。北京理工大學(xué)教授王震坡介紹了動力鋰電池大數(shù)據(jù)平臺的運行情況。他說，目前，我國形成了電動汽車輛安全運行國家、地方政府、整車公司三級監(jiān)管技術(shù)體系，國家平臺已接入超過90萬輛產(chǎn)品，日在線近50萬輛，行駛1200萬公里，充電16萬次。
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充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
從監(jiān)控數(shù)據(jù)來看，安全性成為動力鋰電池的首要問題，在2010~2016年間，動力鋰電池起火事故中有67%的原因來自動力鋰電池，充電引起的起火占14%，其他原因占19%。
動力鋰電池從磷酸鐵鋰轉(zhuǎn)向三元體系后，能量密度有了較大幅度的提高，但是，瓶頸問題依然沒有解決。燃料動力電池和固態(tài)電池被大家認為是未來的發(fā)展方向，為了搶占未來的制高點，我國公司出現(xiàn)了較有代表性的現(xiàn)象：不少整車公司偏向燃料動力電池，動力鋰電池公司偏向固態(tài)電池研發(fā)。
長城汽車在電動汽車研發(fā)上步伐較慢，但一起步便瞄準了燃料動力電池，長城汽車宣布，2022年推出首款燃料動力電池車型。
比亞迪曾是磷酸鐵鋰離子電池的龍頭公司，隨著技術(shù)迭代發(fā)展，比亞迪也投入到燃料動力電池的研發(fā)之中。前不久，比亞迪與美國混合動力公司(US
HybridCorporation)合作研發(fā)氫燃料動力電池客車。該款客車將服務(wù)于美國火奴魯魯(檀香山，Honolulu)的DanielK.Inouye國際機場。
吉利汽車也積極投入到燃料動力電池的研發(fā)中，目前形成了純電、混動、氫燃料動力電池、替代燃料四條路線。當然，由于燃料動力電池的前景還不明朗，吉利在燃料動力電池上的投入還不多。
上汽集團是我國最早從事燃料動力電池汽車研發(fā)的公司，旗下上汽大通的燃料動力電池汽車已正式上市銷售。
與整車公司熱衷燃料動力電池形成鮮明比較的是，動力鋰電池公司大多數(shù)在研發(fā)固態(tài)電池。吳凱告訴《我國汽車報》記者，寧德時代在固態(tài)電池上投入了相當多的資源。此前，比克集團副總裁廖振波也告訴《我國汽車報》記者，比克已布局凝膠態(tài)的電池，即俗稱的半固態(tài)電池，并組建成立了全固態(tài)電池研發(fā)團隊。
據(jù)記者了解，我國動力鋰電池排名前十的公司都涉足固態(tài)電池的研發(fā)之中，力神、國軒、微宏等公司都建立了研發(fā)團隊并進行了相關(guān)布局。
與我國的情況不盡相同，國外整車公司并沒有一邊倒地選擇燃料動力電池。大眾汽車日本總裁兼CEO莊司茂曾稱，未來燃料動力電池車可能在日本以外遭遇困境，難以在全球范圍獲得光明前途。大眾汽車也表示正在研發(fā)續(xù)駛里程超過1000公里的固態(tài)電池，并將在2025年量產(chǎn)。
六月十三日，福特汽車表示，福特與戴姆勒正在逐步關(guān)閉一家開發(fā)汽車燃料動力電池技術(shù)的合資公司。雙方表示計劃在內(nèi)部進行各自的燃料動力電池技術(shù)開發(fā)，顯然雙方的燃料動力電池汽車研發(fā)受阻。
研發(fā)出全球第一款量產(chǎn)燃料動力電池汽車的豐田，也并沒有把寶全押在燃料動力電池上，目前，其也在積極進行固態(tài)電池研發(fā)。前不久，豐田汽車高層人事調(diào)整似乎也預(yù)示著豐田將重心從燃料動力電池轉(zhuǎn)向純電動以及固態(tài)電池上。
目前來看，整車公司與電池公司對未來電池的看法出現(xiàn)了分歧，市場上有關(guān)燃料動力電池和固態(tài)電池的爭論也不時傳出。尤其是最近李克強總理在日本參觀豐田廠之后，似乎燃料動力電池更加引起人們的關(guān)注。有人甚至認為即將進入氫時代。
不過，我國工程院院院士陳立泉并不贊成氫是最終汽車能源的說法。他說，燃料動力電池重要依靠氫氧化學(xué)反應(yīng)，固態(tài)電池的種類較多，常見的聚合物固態(tài)電池有聚環(huán)氧乙烷(PEO)、聚環(huán)氧丙烷(PPO)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚偏氟乙烯(PVDF)等，這些聚合物固態(tài)電池重要進行的是鋰氧化學(xué)反應(yīng)。氫氧的理論能量密度為3525Wh/Kg，鋰氧為5217Wh/Kg，兩者有較大差距。
氫氧電池只能稱為一次電池，鋰氧電池才是可充電池。從原子量的比較也可以看出，鋰是氫的7倍，鋰氧電池體積能量密度也好于氫氧電池，從使用環(huán)境來看，氫氧電池的限制因素比鋰氧電池多。陳立泉說。
會上，不少專家針對行業(yè)興起的燃料動力電池與固態(tài)電池最終能源目標之爭也發(fā)表了看法，有專家表示，他曾去日本考察了幾家汽車公司，看到他們更加重視固態(tài)電池，詢問原因，日本公司人士認為，燃料動力電池的商業(yè)化道路比固態(tài)電池還長。
關(guān)于燃料動力電池與固態(tài)電池的最終之爭，我國科學(xué)院院士、國家863新能源汽車重大專項總體專家組組長、清華大學(xué)教授歐陽明高說：我也不同意氫是最終能源以及氫燃料動力電池車是最終環(huán)保車的說法。
不過，盡管如此，關(guān)于氫燃料動力電池汽車的發(fā)展，歐陽明高還是提出了建議，他強調(diào)，目前，大家只關(guān)注燃料動力電池系統(tǒng)本身，與氫相關(guān)的技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展并不理想。他認為，產(chǎn)業(yè)更應(yīng)重視氫能技術(shù)，即前端的氫燃料，比如制取、運輸、儲存、壓縮等環(huán)節(jié)。新能源汽車最核心的技術(shù)即為供應(yīng)能量的電池，續(xù)航能力和充電速度則是電池技術(shù)發(fā)展到今天的瓶頸所在。經(jīng)過多年發(fā)展，鋰離子電池的目前的類型有錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鈦酸鋰、鈷酸鋰、三元材料等，因能量性能和稀有金屬成本的原因，錳酸鋰、鈦酸鋰和鈷酸鋰離子電池逐漸變?yōu)樾”娺x擇，而磷酸鐵鋰和三元鋰離子電池則得到更廣泛的推廣應(yīng)用。但是這兩者有什么差別呢？您的車是那種電池呢？今天我們就聊一聊鋰離子電池這點兒事。
三元鋰離子電池
三元鋰離子電池全稱是三元材料電池，一般是指采用鎳鈷錳酸鋰（Li（NiCoMn）O2，NCM）或鎳鈷鋁酸鋰（NCA）三元正極材料的鋰離子電池，把鎳鹽、鈷鹽、錳鹽作為三種不同的成分比例進行不同的調(diào)整，所以稱之為三元，包含了許多不同比例類型的電池。從形狀上來區(qū)分，可分為軟包電池、圓柱電池和方形硬殼電池。其標稱電壓可達到3.6-3.8V，能量密度比較高，電壓平臺高，振實密度高，續(xù)航里程長，輸出功率較大，高溫穩(wěn)定性差，但低溫性能優(yōu)異，造價也比較高。
磷酸鐵鋰離子電池
磷酸鐵鋰離子電池則是采用磷酸鐵鋰（LiFePO4）作為正極材料，用鐵來做電池原料一來成本低廉，二不含重金屬，對環(huán)境污染較小，工作電壓為3.2V。磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵穩(wěn)固，因此在零電壓存放時并不會有泄漏，高溫條件下或過充時安全性非常高，可快速充電，高放電功率，無記憶效應(yīng)，循環(huán)壽命高，缺點為低溫性能差，正極材料振實密度小，能量密度較低，產(chǎn)品的成品率和一致性也飽受質(zhì)疑。
