就在去年,自主品牌進(jìn)軍高端
電動(dòng)車市場(chǎng),都搶著用寧德時(shí)代811
電池代表高端。到了今年,寧德時(shí)代811
電池陷入安全危機(jī)的同時(shí),自主品牌已經(jīng)開(kāi)始嘗試擺脫第三方,在動(dòng)力電池研發(fā)上尋求主動(dòng)權(quán)。
傳統(tǒng)燃油車時(shí)代,自主品牌始終無(wú)法擁有發(fā)動(dòng)機(jī)核心技術(shù)而掉隊(duì);新能源車時(shí)代,自主品牌希望能在動(dòng)力電池研發(fā)上實(shí)現(xiàn)技術(shù)的超越。
摻硅補(bǔ)鋰
自主品牌高端化不再比拼科技概念的酷炫程度,各家都希望能在核心的技術(shù)性能上獲得更高話語(yǔ)權(quán)。動(dòng)力電池技術(shù)是其中之一。
上汽與浦東新區(qū)、阿里集團(tuán)聯(lián)合打造的高端電動(dòng)車品牌智己汽車發(fā)布后不久,率先在動(dòng)力電池技術(shù)上尋求突破。據(jù)官方介紹,智己汽車將與寧德時(shí)代共同研發(fā)一款「摻硅補(bǔ)鋰」電芯,用于品牌旗艦車型上,以實(shí)現(xiàn)高達(dá)1000公里綜合續(xù)航、20萬(wàn)公里零衰減。
「摻硅補(bǔ)鋰」電芯技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)在于提升能量密度。自811電池誕生以來(lái),三元鋰電池的能量密度已經(jīng)到達(dá)了一個(gè)瓶頸。從技術(shù)發(fā)展與消費(fèi)需求兩方面來(lái)看,未來(lái)幾年純電動(dòng)車的綜合續(xù)航只能在600公里水平。
智己汽車推出「摻硅補(bǔ)鋰」電池目的是站上行業(yè)制高點(diǎn)——能量密度較現(xiàn)在行業(yè)領(lǐng)先水平將高出30%-40%。
如此大幅度的能量密度提升是如何實(shí)現(xiàn)的?以目前最高水平的NCM811電池來(lái)說(shuō),為了達(dá)到更高的能量密度,硅氧和硅碳代替了過(guò)去的石墨負(fù)極材料。但這種新材料的應(yīng)用,首次放電效率僅有70%,遠(yuǎn)低于原有石墨材料的94%。即便經(jīng)過(guò)了多次技術(shù)革新,811電池的首次放電效率也只能提升到80%,無(wú)法滿足當(dāng)下市場(chǎng)對(duì)高能量密度的需求。
摻硅補(bǔ)鋰技術(shù)主要是在負(fù)極材料硅碳上預(yù)先涂一層鋰金屬,使其與負(fù)極接觸,在灌入電解液后能夠與負(fù)極產(chǎn)生反應(yīng),而預(yù)先涂上的鋰離子能夠彌補(bǔ)首次放電的損失,提高放電效率。
這項(xiàng)技術(shù)聽(tīng)起來(lái)簡(jiǎn)單,實(shí)際上設(shè)計(jì)的工藝與成本并不低,因此智己汽車與寧德時(shí)代合作這項(xiàng)技術(shù)也提到,高成本投入的電池與量產(chǎn)車會(huì)在未來(lái)5年陸續(xù)推出市場(chǎng),而這項(xiàng)技術(shù)相對(duì)應(yīng)的安全性能,也需要更高級(jí)別的電池管理系統(tǒng)協(xié)同。
無(wú)鈷
無(wú)鈷化一直是三元鋰電池的奮斗目標(biāo)。今年早些時(shí)候特斯拉宣稱即將推出無(wú)鈷電池、最終被證實(shí)是磷酸鐵鋰,一度被認(rèn)為是開(kāi)歷史倒車。
特斯拉沒(méi)有在這個(gè)領(lǐng)域成為急先鋒,反倒是中國(guó)企業(yè)最快走向了無(wú)鈷電池的量產(chǎn)。
長(zhǎng)城汽車旗下的蜂巢能源在12月2日舉辦全國(guó)首個(gè)「電池日」,期間介紹了更多關(guān)于無(wú)鈷電池的消息,表示在2021年6月能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。
目前三元鋰電池主流的NCM(鎳鈷錳)和NCA(鎳鈷鋁),鈷元素以一定比例存在于正極材料中。過(guò)去幾年鈷這一稀有元素的價(jià)格動(dòng)蕩始終牽制著三元鋰電池的出貨與價(jià)格,行業(yè)內(nèi)一致的目標(biāo)是降低三元鋰電池中鈷的比例,向高鎳低鈷的配比發(fā)展。比如NCM811電池則是將鈷的比例降低到1。
至于蜂巢能源最先實(shí)現(xiàn)的無(wú)鈷電池技術(shù),其中提到了三項(xiàng)技術(shù):陽(yáng)離子摻雜技術(shù)、單晶技術(shù)與納米網(wǎng)絡(luò)化包覆。利用兩種化學(xué)鍵能更大的元素?fù)诫s到陽(yáng)離子中,代替鈷的原有位置,在此基礎(chǔ)上通過(guò)復(fù)合技術(shù)改善無(wú)鈷材料的鎳鋰離子混排問(wèn)題和循環(huán)壽命問(wèn)題,以達(dá)到更穩(wěn)定的材料結(jié)構(gòu)與狀態(tài)。
按照蜂潮能源的介紹,這樣一款以復(fù)合材料替代的無(wú)鈷電池能夠擁有更長(zhǎng)的使用壽命,能量密度與安全性能也會(huì)相應(yīng)提升。
不過(guò),在去年7月發(fā)布首款無(wú)鈷電池、到今年推出115Ah和226Ah無(wú)鈷電池之后,蜂巢能源的無(wú)鈷電池沒(méi)有更多的量產(chǎn)和裝機(jī)進(jìn)展。經(jīng)歷了更為漫長(zhǎng)的裝車試驗(yàn)之后,今年12月才宣布了接受預(yù)定、并于明年6月量產(chǎn)。
蜂巢能源表示采用無(wú)鈷電池的兩個(gè)生產(chǎn)平臺(tái)可以覆蓋A00級(jí)到D級(jí)車,續(xù)航里程從300到800公里,一切的產(chǎn)品落地都要留待2021年下半年之后才能揭曉。
石墨烯
盡管業(yè)內(nèi)對(duì)石墨烯電池仍有爭(zhēng)議,但2017年工信部《十三五材料領(lǐng)域科技創(chuàng)新專項(xiàng)規(guī)劃》將石墨烯材料劃為重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域之后,石墨烯市場(chǎng)便搭上了快車,2019年至今中國(guó)石墨烯市場(chǎng)的規(guī)模已經(jīng)接近200億,預(yù)計(jì)未來(lái)5年仍會(huì)保持高速增長(zhǎng)。
12月15日,廣汽集團(tuán)在其互動(dòng)平臺(tái)率先公告了石墨烯電池量產(chǎn)的最新消息。按照官方介紹,廣汽集團(tuán)于2014年投入研發(fā)的石墨烯電池技術(shù)即將進(jìn)入實(shí)車量產(chǎn)測(cè)試階段,最快能在2021年5月對(duì)外公告測(cè)試結(jié)果以及量產(chǎn)車搭載規(guī)劃。一旦測(cè)試完成并具備裝車條件,廣汽將會(huì)是最早實(shí)現(xiàn)石墨烯電池量產(chǎn)的廠商,而最先搭載石墨烯電池的廣汽埃安Aion系列。
不過(guò),業(yè)內(nèi)對(duì)這個(gè)消息的反響并不熱烈,石墨烯在動(dòng)力電池的應(yīng)用尚不明確,以至于消費(fèi)者看待廣汽集團(tuán)這則公告是噱頭居多。
事實(shí)上,汽車行業(yè)從來(lái)沒(méi)有停止對(duì)石墨烯電池的技術(shù)研發(fā)。2020年兩位諾獎(jiǎng)科學(xué)家從石墨中分離出石墨烯,由于其具有導(dǎo)熱系數(shù)高、電阻小的特點(diǎn),汽車行業(yè)迅速盯上,試圖將其應(yīng)用到動(dòng)力電池內(nèi)。作為一款活性材料,石墨烯的加入可以提升鋰電池的單位容量,并且,更重要的是,縮短充電時(shí)間。
2014年西班牙一家創(chuàng)業(yè)公司曾經(jīng)研發(fā)出一款以石墨烯作為聚合材料的三元鋰電池,充電8分鐘能夠支持最大續(xù)航1000公里。按照廣汽集團(tuán)的公告,用石墨烯打造的「超級(jí)快充電池」如果應(yīng)用在Aion車型上,也能做到8分鐘充電85%。
廣汽集團(tuán)對(duì)石墨烯的投入最早追溯到2014年,與氫燃料電池并稱為廣汽集團(tuán)研發(fā)的「黑科技」。2019年底,廣汽集團(tuán)對(duì)外公布了研發(fā)多年的成果:基于三維結(jié)構(gòu)石墨烯(3DG)材料的「超級(jí)快充電池」。
這項(xiàng)技術(shù)中石墨烯的應(yīng)用細(xì)節(jié)并沒(méi)有得到公開(kāi),廣汽集團(tuán)只是介紹了進(jìn)展:技術(shù)部分,包括電芯、模組和電池包樣件的測(cè)試工作已經(jīng)完成,目前進(jìn)入了實(shí)車測(cè)試階段;而商業(yè)部分,廣汽集團(tuán)也為該項(xiàng)技術(shù)成立了科技產(chǎn)業(yè)化公司,用于石墨及碳素制品銷售、石墨烯材料銷售、新型陶瓷材料銷售和電池銷售等環(huán)節(jié)。
值得一提的是,在廣汽集團(tuán)此前公開(kāi)的信息中,這款基于三維結(jié)構(gòu)石墨烯(3DG)材料的「超級(jí)快充電池」雖然可以實(shí)現(xiàn)超快充電,但其中一個(gè)信息:8分鐘充電80%、10分鐘充電200-300公里卻難以讓人激動(dòng)。這是否意味著,廣汽集團(tuán)這款石墨烯電池僅能滿足快充、而在續(xù)航上走了回頭路?
(責(zé)任編輯:子蕊)