動力電池技術瓶頸阻礙發(fā)展?

時間:2022-02-24

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導語:近段時間,新能源汽車在政策的支持下風靡全國各大城市,行業(yè)上游也在諸多利好下迎來爆發(fā)。全球產(chǎn)量居前的龍頭電池廠紛紛在華設廠。

  雖然新能源汽車市場的持續(xù)繁榮帶動了電池產(chǎn)業(yè),但不論是純電動的動力電池,還是以氫為燃料的燃料電池,目前在技術上仍存在成本和耐久性挑戰(zhàn)。

  11月10日,工信部網(wǎng)站公布的數(shù)據(jù)顯示,我國10月新能源汽車生產(chǎn)5.07萬輛,同比增長8倍。預計接下來的兩月,每月新能源汽車生產(chǎn)還將繼續(xù)超5萬輛,全年汽車將累計生產(chǎn)有望突破30萬輛。行業(yè)專家預計,作為新能源汽車核心零部件,今年動力電池的市場份額會達到38%,產(chǎn)能也將高達50億安時,市場需求的饑渴有望在明年下半年得到緩解。

  今年以來,隨著新能源汽車市場的持續(xù)火爆,眾多企業(yè)明確了動力電池為未來發(fā)展方向,定增投資、拓展產(chǎn)品線、新建工廠等現(xiàn)象不斷出現(xiàn),“動力電池供不應求”不斷被業(yè)內提及,影響最明顯的,是鋰鹽的供應出現(xiàn)嚴重的短缺,電池級碳酸鋰的價格從今年初的4萬元/噸一路上漲至7萬元/噸,且仍然搶手。

  中國汽車技術研究中心新能源汽車發(fā)展研究部主任任美林指出,目前動力電池產(chǎn)業(yè)主要集中在四大區(qū)域,分別是:珠江三角洲、長江三角洲、中原地區(qū)和京津地區(qū),已經(jīng)合計有近200億元產(chǎn)業(yè)資金投入、近15GWh年產(chǎn)能以及近100家規(guī)?;膭恿﹄姵仄髽I(yè)。

  繼三星SDI西安工廠竣工,LG化學新能源電池項目(一期)10月27日在南京投產(chǎn),預計明年實現(xiàn)量產(chǎn),年產(chǎn)能達10萬臺以上,該項目是LG化學的全球最大電動汽車電池生產(chǎn)廠。公司計劃將汽車動力電池產(chǎn)能從2016年滿足全球5萬輛電動汽車增加到2020年滿足20萬輛電動汽車,增長4倍。

  據(jù)華創(chuàng)證券分析,由于電動汽車下游需求旺盛,目前我國動力電池處于供不應求階段,根據(jù)一二線動力電池廠商擴產(chǎn)計劃,供不應求局面至少維持到2015年底。中國動力電池龍頭國軒高科公司2016年有望擴張產(chǎn)能至6億Ah以上。兼有儲能及鋰電池業(yè)務的南都電源三季報顯示,動力鋰電池實現(xiàn)對多家車企批量供應,收入6549萬元,而去年同期還沒有相關產(chǎn)能。截至目前,公司已建成鋰電池產(chǎn)能600MW,并持續(xù)釋放,預計今年年底前完工1200MW的新產(chǎn)線。

  “今年動力電池、電池材料都賣瘋了,單子多到來不及接,要投的基金好多,終于等來好時光?!睖弦患曳趸陲L司專注于新能源投資的經(jīng)理感嘆。她預計未來1~2年產(chǎn)能不足現(xiàn)象仍將持續(xù)。公司2008年投資了一個電池項目,由于目前市場火爆,已開始考慮退出,潛在投資方報價一輪高于一輪。

  資本的嗅覺最為靈敏,今年下半年以來,不時看到上市公司求購動力電池的相關項目。二級市場也如是,新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈是股市大調整后率先恢復上漲的主要動力之一。據(jù)統(tǒng)計,今年9月以來電池板塊平均漲幅33.54%,儲能板塊漲幅高達42.53%。

  由于需求旺盛,電池價格居高不下,相關公司三季報業(yè)績亮眼。據(jù)統(tǒng)計,截至目前,綜合已經(jīng)發(fā)布三季報上市公司的數(shù)據(jù),前三季度電池板塊營收同比增長16.26%,凈利潤同比增長63.25%,儲能板塊營收比去年同期增長18.32%,凈利潤同比增長29.92%。其中主營鋰電池的杉杉股份、當升科技、天齊鋰業(yè)、欣旺達前三季度業(yè)績均同比增逾100%,杉杉股份大增約341.28%。

  雖然當前新能源汽車用的電池行業(yè)需求火爆,但目前電池技術仍是攔在新能源汽車發(fā)展前的一條溝壑。不論電池組驅動的純電動汽車,還是燃料電池電動汽車,都存在成本和耐久性挑戰(zhàn)。

  鋰離子電池組比能明顯超過0.25千瓦時/千克的電池系統(tǒng),至今都沒能實現(xiàn)。因此對于中型車市場而言,基于鋰離子電池組驅動的純電動汽車單次充電續(xù)航里程超過300公里暫時還沒有理論可能,即便有相關產(chǎn)品問世,價格也是一般消費者難以承受得起的。

  在以鋰作為基礎的電池系統(tǒng)中,目前缺乏穩(wěn)定的電極組件和電解質材料,無法保證在充放電循環(huán)過程中氧氣的再生還原率達到100%。所以未來的基礎研究和材料開發(fā)中,要對鋰/氧氣電池的可行性展開進一步的驗證。

  鋰/硫電池組很難獲得理想的比重能量密度,無論采用何種電極材料,鋰/硫電池組可達到的比體積能量密度都大幅度低于傳統(tǒng)鋰離子電池組。為了使得電池單元的比重能量密度具有競爭力,鋰/硫電池組需要相當大的表面積容量(大于4毫安時/平方厘米)和非常高的陰極硫含量(大于60%)。

  在比體積能量密度方面,鋰/硫電池組單元完全比不上傳統(tǒng)鋰離子電池組。但是考慮成本因素,鋰/硫電池組可能有一定優(yōu)勢,因為提高生命周期和安全性的附加部件(擴散膜等)價格相對較低。如果固體電解質界面膜被研發(fā)出來阻止電解液的持續(xù)消耗,應用硅材料取代金屬鋰作為陽極材料,將有可能提高能量密度和延長生命周期。鋰/硫電池組的硅陽極依然是一個開放性問題,涉及到怎樣與鋰相兼容,方法包括工業(yè)可行的預處理鋰化工藝,或者用硫化鋰代替硫陰極。

  在過去的十年中,氫氣燃料電池得到了非常大的進步。陰極高活性催化劑理念正將每輛燃料電池汽車的鉑金使用量縮減到10克以下。脫合金化技術加工的新類型鉑/鋁催化劑展示了出色的電壓循環(huán)穩(wěn)定性,達到美國能源部設定的標準?,F(xiàn)在的挑戰(zhàn)是把先進的催化劑理念與高耐久性載體材料結合到一起,以便確保在整個汽車使用期限內燃料電池的性能表現(xiàn)。除此之外,低鉑金負載造成的質量傳輸損失還需要得到更詳細的理解,從而更好地降低損失量。燃料電池介質膜面臨的最主要挑戰(zhàn)是,發(fā)掘那些適用于高工作溫度和相對低濕度環(huán)境下的材料,幫助簡化系統(tǒng)設計、提高排熱效率以及減小空氣壓縮機的能量損失。

  目前,政府對于新能源汽車的支持主要集中在市場銷售的后端,在研發(fā)設計的前端投入比較少,這種“不平衡”會造成非常大的滯后效應,這也是當前電池技術發(fā)展跟不上市場銷量增長的主要內因。不破除這種“不平衡”,新能源汽車的發(fā)展就勢必像一個“跛子”一樣難以跑快。我們應當構筑一個合理的頂層建筑,把技術創(chuàng)新提高到戰(zhàn)略的位置,來讓新能源汽車跑得越來越快。


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