中國(guó)粉體網(wǎng)訊 新能源汽車的保有量不大，但近年來(lái)發(fā)展勢(shì)頭良好，增長(zhǎng)率遠(yuǎn)超傳統(tǒng)汽車。作為新能源汽車最核心的部件，動(dòng)力電池的發(fā)展一直備受關(guān)注。目前，鋰電池已深受行業(yè)認(rèn)可，固態(tài)電池和燃料電池也以更加優(yōu)異的性能被寄予厚望，在動(dòng)力電池領(lǐng)域，可謂路線多元，同步推進(jìn)。那么，從全球來(lái)看，鋰電池、固態(tài)電池、燃料電池發(fā)展情況如何？未來(lái)又將誰(shuí)主沉浮？
鋰電池成本大幅下降
據(jù)了解，近年來(lái)歐盟加快了推進(jìn)節(jié)能減排的計(jì)劃，2017年G20漢堡峰會(huì)上，除美國(guó)之外的19個(gè)成員國(guó)對(duì)于進(jìn)一步促進(jìn)節(jié)能減排達(dá)成共識(shí)，并紛紛制定燃油車禁售時(shí)間表，其中最早的將從2025年開(kāi)始執(zhí)行“禁燃”計(jì)劃，最遲的也不會(huì)晚于2040年。這也說(shuō)明，新能源汽車將會(huì)迎來(lái)更快速的發(fā)展期。
有研究數(shù)據(jù)表明，一輛電動(dòng)汽車與一輛原型燃油車同樣行駛20萬(wàn)公里，電動(dòng)汽車可以減少CO2排放近10萬(wàn)噸�！斑@是歐洲各國(guó)積極推進(jìn)節(jié)能減排計(jì)劃的主要原因�！敝衅行膭�(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究室總監(jiān)方凱正說(shuō)。
在各國(guó)政策的引導(dǎo)下，多家車企加快了發(fā)展電動(dòng)汽車的步伐。大眾汽車集團(tuán)表示，至2025年，大眾汽車集團(tuán)旗下各品牌將推出80款全新的電動(dòng)車型，銷量也將達(dá)到300萬(wàn)輛。以一輛車安裝50kWh電池計(jì)算，這意味著大眾汽車電池需求將達(dá)到150GWh。此外，沃爾沃、通用、豐田等汽車企業(yè)都推出了電動(dòng)汽車發(fā)展戰(zhàn)略。
另外，去年，第八屆清潔能源部長(zhǎng)會(huì)議（EVI）發(fā)布了EV30@30運(yùn)動(dòng)，為所有EVI成員設(shè)定了2030年實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車市場(chǎng)份額達(dá)到30％的愿景，屆時(shí)電動(dòng)汽車保有量將有可能達(dá)到2.2億輛，其中純電動(dòng)汽車1.3億輛，插電式混合動(dòng)力汽車0.9億輛。在市場(chǎng)需求帶動(dòng)下，動(dòng)力電池的年需求量也將達(dá)到2.1TWh，其中中國(guó)將占1/3，歐洲與美國(guó)合計(jì)占28％，日本占3％。屆時(shí)輕型乘用車的電池能量將達(dá)到70～80kWh。可見(jiàn)，未來(lái)汽車產(chǎn)業(yè)對(duì)動(dòng)力電池的需求量將急劇提升。
目前，在動(dòng)力電池領(lǐng)域，鋰離子電池已成主流，且隨著技術(shù)的發(fā)展，成本已大幅下降，尤其是電池高鎳化的發(fā)展帶來(lái)了金屬鈷用量的進(jìn)一步下降，這讓鋰電池受鈷價(jià)上漲波動(dòng)影響變小�！安捎谩�811體系’之后，鋰電池成本已降至190美元/kWh（約合人民幣1295.88元/kWh），動(dòng)力電池的成本越來(lái)越接近商業(yè)化。”方凱正說(shuō)。
有業(yè)內(nèi)人士向《中國(guó)汽車報(bào)》記者透露，現(xiàn)在有些中國(guó)企業(yè)已將電池成本控制在了1000元/kWh以下，而動(dòng)力電池的成本只要達(dá)到600元/kWh，就可具備與傳統(tǒng)汽車同等的競(jìng)爭(zhēng)力。
固態(tài)電池成新競(jìng)爭(zhēng)點(diǎn)
在鋰離子電池大行其道的當(dāng)下，鋰離子電池遭遇天花板的觀點(diǎn)也引起廣泛討論，為彌補(bǔ)鋰離子電池技術(shù)不足，另一電池形態(tài)成為行業(yè)新一輪競(jìng)爭(zhēng)熱點(diǎn)，即固態(tài)電池。目前，固態(tài)電池以安全性高、容量大被行業(yè)看好，成為全球動(dòng)力電池爭(zhēng)奪的制高點(diǎn)之一。最近一段時(shí)間，各國(guó)在固態(tài)電池上動(dòng)作頻頻，紛紛加大了研發(fā)力度。
6月15日，日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）宣布，其將與豐田汽車、松下啟動(dòng)新一代高效電池“全固態(tài)電池”的開(kāi)發(fā)，力爭(zhēng)2022年前確立技術(shù)。目前日本幾乎舉全產(chǎn)業(yè)之力投入到固態(tài)電池研發(fā)之中，其中包括23家汽車、電池、材料企業(yè)，15家學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)，包括京都大學(xué)、日本理化所等全部加入進(jìn)來(lái)，總計(jì)投入100億日元。事實(shí)上，這是日本的第二期固態(tài)電池研發(fā)項(xiàng)目，早在2017年5月，日本經(jīng)濟(jì)省就宣布出資16億日元，聯(lián)合豐田、松下、GS湯淺等國(guó)內(nèi)頂級(jí)產(chǎn)業(yè)鏈力量，共同研發(fā)固態(tài)電池，希望2030年實(shí)現(xiàn)800公里續(xù)駛里程目標(biāo)。
韓國(guó)也不甘落后，目前，三星SDI、LG化學(xué)等都投入到固態(tài)電池的研發(fā)之中。據(jù)外媒報(bào)道，三星Note 7手機(jī)電池起火嚴(yán)重影響了品牌形象，這促使三星加大了固態(tài)電池的研發(fā)力度。據(jù)了解，三星的固態(tài)電池可能最初應(yīng)用于手機(jī)上，下一步將開(kāi)發(fā)車用動(dòng)力固態(tài)電池。此外，LG化學(xué)也在研究固態(tài)電池，據(jù)稱技術(shù)水平與三星不相上下。
而在德國(guó)，大眾汽車集團(tuán)對(duì)固態(tài)電池也極為重視。近日，大眾汽車集團(tuán)宣布向加州初創(chuàng)公司QuantumScape注資1億美元，用于固態(tài)電池的開(kāi)發(fā)和量產(chǎn)。據(jù)了解，QuantumScape目前已擁有超過(guò)200項(xiàng)固態(tài)電池技術(shù)專利，計(jì)劃2025年研發(fā)出可以量產(chǎn)的固態(tài)電池；寶馬汽車也宣布攜手電池技術(shù)公司SolidPower共同研發(fā)全新固態(tài)電池；德國(guó)大陸集團(tuán)前不久表示也在加大固態(tài)電池技術(shù)的投資。
對(duì)于固態(tài)電池的研發(fā)，我國(guó)也絲毫沒(méi)有松懈。2017年四部委印發(fā)的《促進(jìn)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)方案》提出，積極推動(dòng)鋰硫電池、金屬空氣電池、固態(tài)電池等新體系電池的研究和工程化開(kāi)發(fā)，2020年單體電池比能量達(dá)到400Wh/kg以上、2025年達(dá)到500Wh/kg。
目前，國(guó)內(nèi)固態(tài)電池技術(shù)的研究已經(jīng)取得不小進(jìn)步。據(jù)了解，中科院已有五個(gè)團(tuán)隊(duì)在不同程度上取得突破。中科院化學(xué)所郭玉國(guó)團(tuán)隊(duì)的聚醚-丙烯酸酯新型雙功能聚合物電解質(zhì)，可用于室溫固態(tài)金屬鋰電池；中科院寧波材料所許曉雄團(tuán)隊(duì)研發(fā)的無(wú)機(jī)陶瓷固態(tài)電池正與贛峰鋰業(yè)合作嘗試產(chǎn)業(yè)化；中科院青島生物能源所崔光磊團(tuán)隊(duì)研發(fā)的固態(tài)電池已用于蛟龍?zhí)柹顫撈�，完成了馬里亞納海溝的測(cè)試；中科院上海硅酸鹽研究所郭向欣團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了2Ah級(jí)固態(tài)鋰離子電池；中科院物理所李泓團(tuán)隊(duì)推出了10Ah軟包電芯固態(tài)電池。
北京衛(wèi)藍(lán)新能源科技有限公司總經(jīng)理助理向晉說(shuō)：“目前還沒(méi)有企業(yè)展示兼具高能量密度、高安全性的大容量全固態(tài)動(dòng)力電池。就研發(fā)水平而言，日韓處于領(lǐng)先地位，我國(guó)僅有少數(shù)企業(yè)擁有核心技術(shù)，競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈�！�
就具體技術(shù)而言，目前，法國(guó)Batscap-Bollore公司固態(tài)電池能量密度達(dá)到了220Wh/Kg，1500次循環(huán)后容量仍超過(guò)96％，電池容量為10～30Ah，已成功應(yīng)用于Autolib四輪小型汽車，保有量達(dá)到4000輛；美國(guó)Sakti3公司固態(tài)電池產(chǎn)品達(dá)到了1000Wh/L，容量為10～50mAh；在日本，豐田的固態(tài)電池達(dá)到230Wh/Kg，容量為2.4～15Ah，進(jìn)入小型平板車試用階段，預(yù)計(jì)2022年上市；在我國(guó)，中科院寧波材料所的固態(tài)電池處于中試階段。中科院青島所的固態(tài)電池達(dá)到297Wh/Kg，容量為10Ah，還處于研發(fā)階段。
向晉說(shuō)：“無(wú)論是聚合物還是硫化物固態(tài)電池，都存在技術(shù)難題，但固態(tài)電池的安全性明顯優(yōu)于鋰電池，通過(guò)使用新技術(shù)、新方法解決集流體、側(cè)界面、隔膜/電解液等七大問(wèn)題，可以確保固態(tài)電池的安全�！�
全球來(lái)看，目前固態(tài)電池仍處于研發(fā)階段，離商業(yè)化還有一段距離，在向晉看來(lái)，固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)商業(yè)化需要滿足多個(gè)技術(shù)條件：整個(gè)系統(tǒng)僅含5～10個(gè)大電芯、電芯電壓達(dá)到48～60V、電芯容量達(dá)到100～200Ah、系統(tǒng)重量比能量超過(guò)300Wh/Kg、系統(tǒng)體積比能量超過(guò)500Wh/L、整車?yán)m(xù)駛里程超過(guò)600公里、系統(tǒng)成本達(dá)到0.5～1.0元/Wh等。
燃料電池仍待技術(shù)突圍
與電動(dòng)汽車發(fā)展同步推進(jìn)的還有燃料電池汽車，近年來(lái)，我國(guó)加快了燃料電池汽車的發(fā)展步伐，并提供了一系列政策支持。在這一過(guò)程中，燃料電池的研發(fā)也是備受關(guān)注。
在國(guó)家政策的支持下，多次承擔(dān)國(guó)家燃料電池重大項(xiàng)目的大連新源動(dòng)力股份有限公司已經(jīng)取得不少成果，該公司副總工程師邢丹敏介紹，新源公司已研發(fā)成功第二代系統(tǒng)FCS200，功率為30～60kW，工作溫度為-10～70℃，工作壽命為5000小時(shí)；正在研發(fā)的第三代系統(tǒng)FCS300，功率達(dá)到80～100kW，工作溫度為-30～70℃，工作壽命為5000小時(shí)。
另外，新源公司的電堆門(mén)類較齊全，成品涉及乘用車、商用車電堆領(lǐng)域。最新研制的MOD400電堆，采用金屬雙極工藝，有效解決了高低電流密度區(qū)的水平衡問(wèn)題，伏安性能與日本豐田Mirai電堆接近。在耐久性方面，新源公司也掌握了自己的一套方法，從最初的1000小時(shí)，到現(xiàn)在突破5000小時(shí)，下一步還將爭(zhēng)取達(dá)到1萬(wàn)小時(shí)。邢丹敏說(shuō)：“燃料電池汽車的示范運(yùn)行是‘十一五’時(shí)期的主要目標(biāo)，‘十三五’時(shí)期的指標(biāo)更加細(xì)致。60kW車用燃料電堆功率密度將達(dá)到2.0kW/L，壽命達(dá)到5000小時(shí)，低溫啟動(dòng)在-20℃左右；100kW的車用燃料電堆功率密度將達(dá)到3.1kW/L，壽命長(zhǎng)達(dá)5000小時(shí)，低溫啟動(dòng)在-30℃左右�！�
不過(guò)，不得不承認(rèn)的是，目前，我國(guó)燃料電池與國(guó)際先進(jìn)水平還有一定差距，輸出功率方面，國(guó)內(nèi)水平是60kW，國(guó)際水平為110kW；電流密度方面，國(guó)內(nèi)是2.0kW/L，國(guó)際則是大于3.0kW/L；金屬鉑（Pt）用量上，國(guó)內(nèi)是0.4g/kW，國(guó)際是0.2g/kW；其他方面，國(guó)內(nèi)水平與國(guó)際先進(jìn)水平齊頭并進(jìn)。
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/墨玉）
