近年來，新能源車產(chǎn)業(yè)聚焦電池技術(shù)新突破，力圖破解車主的里程和價(jià)格“焦慮”。在6月27日到29日于天津舉行的世界經(jīng)濟(jì)論壇第十四屆新領(lǐng)軍者年會(huì)（又稱“夏季達(dá)沃斯論壇”）上，行業(yè)人士認(rèn)為，柔性電池等新技術(shù)的日益成熟，為新能源汽車的革新提供了可能，而鈉離子電池、鋰硫電池等原材料價(jià)格更低的電池向商業(yè)化邁進(jìn)，則有望為新能源汽車的推廣鋪就更廣闊的道路。
新技術(shù)開辟電池產(chǎn)業(yè)新空間
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順應(yīng)世界經(jīng)濟(jì)論壇倡導(dǎo)的綠色低碳發(fā)展，一汽豐田向論壇提供了兩款配備有新能源動(dòng)力的車型作為會(huì)務(wù)用車，其中100輛智能電混雙擎MPV格瑞維亞作為官方接待用車，另100輛純電轎車bZ3作為會(huì)務(wù)組工作用車。這也拉開了新能源汽車亮相論壇的序幕。
近年來，隨著汽車、智慧醫(yī)療等行業(yè)需求井噴，電池技術(shù)迭代快速演進(jìn)。在此背景下，柔性電池的技術(shù)路線正在從實(shí)驗(yàn)室向一線應(yīng)用靠攏。在世界經(jīng)濟(jì)論壇新近發(fā)布的十大新興技術(shù)中，柔性電池赫然在列。憑借輕便和可塑形的特點(diǎn)，它有望給新能源汽車行業(yè)帶來革新。
“它可能會(huì)藏在你的手表或襯衫里，融入你的生活，在未來你甚至不會(huì)意識(shí)到自己穿戴上了相關(guān)設(shè)備?！必愻斕孛绹髮W(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程系副教授約瑟夫·康斯坦丁在論壇上說，與傳統(tǒng)電池相比，柔性電池在視覺上更加“友好”，靈活輕便的特征使得其融入各類產(chǎn)品的可能性更高。舉例說，未來可能所有的紡織品內(nèi)都可以內(nèi)嵌包括柔性電池在內(nèi)的產(chǎn)品，“想象一下，如果你的一件衣服可以融合眾多的智能產(chǎn)品，能出現(xiàn)在幾乎任何日常生活場景中，是多么酷的體驗(yàn)?！彼f，如果能夠更具性價(jià)比，柔性電池將很有可能應(yīng)用在新能源汽車上。
與會(huì)人士認(rèn)為，目前能量密度、材料可塑性、無毒害污染等是柔性電池走向大規(guī)模應(yīng)用仍需突破的瓶頸?！耙?yàn)楦虞p便化某種程度上就意味著總儲(chǔ)能的降低”，約瑟夫·康斯坦丁說，多種電池技術(shù)線路都需要在能量密度與材料柔性方面做出平衡。
傳統(tǒng)鋰電池領(lǐng)域也有新突破。去年，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院碳中和技術(shù)研究所唐永炳研究員團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)新型鋰離子電池技術(shù)就完成了規(guī)?；慨a(chǎn)，研發(fā)出的新型鋰離子電池技術(shù)最低工作溫度可達(dá)零下70攝氏度，最高工作溫度達(dá)80攝氏度，且低溫與高溫性能可同時(shí)兼顧。
據(jù)悉，除克服低溫條件下無法工作及高溫時(shí)的安全風(fēng)險(xiǎn)外，該電池的能量密度較傳統(tǒng)鋰離子電池提升了13%至25%，能在20分鐘即可充滿電。基于鋁基復(fù)合負(fù)極的性能優(yōu)勢，并結(jié)合開發(fā)的高性能電解液，這種低溫電池產(chǎn)品可以擺脫對(duì)昂貴的納米級(jí)正極材料的依賴，從而使得電池成本可降低10%至30%。
專家認(rèn)為，著眼于實(shí)現(xiàn)新能源汽車?yán)m(xù)航能力更強(qiáng)、更具性價(jià)比的目標(biāo)，未來，相關(guān)研究一方面需要尋求更加優(yōu)質(zhì)的材料組合，另一方面也需要在產(chǎn)品落地中探索與傳統(tǒng)應(yīng)用場景的深度融合模式。
“廉價(jià)電池”原材料來源廣泛
國際能源署去年發(fā)布的《2022年全球電動(dòng)汽車展望》中指出，隨著電動(dòng)汽車對(duì)動(dòng)力電池需求的增長，動(dòng)力電池關(guān)鍵原材料供應(yīng)趨緊和價(jià)格飆升成為眾所矚目的問題。面對(duì)這一狀況，不少企業(yè)開始將目光投向鈉離子電池或鋰硫電池。他們預(yù)計(jì)，隨著技術(shù)不斷成熟，電池的價(jià)格有望大幅下降。
以鈉離子電池為代表的“廉價(jià)電池”的廣闊前景，受到國內(nèi)多家企業(yè)青睞。從現(xiàn)有研究進(jìn)展看，鈉離子電池距離“走進(jìn)尋常百姓家”似乎并不遙遠(yuǎn)。有觀點(diǎn)認(rèn)為，2023年或?qū)⑹氢c離子電池的產(chǎn)業(yè)化“元年”。
天風(fēng)證券的研究報(bào)告認(rèn)為，與鉛酸電池相比，鈉離子電池一方面在循環(huán)使用、成本、能量密度等方面都具有較為明顯的優(yōu)勢，有望向下“蠶食”鉛酸電池市場；另一方面，因整體性能與鋰電池接近、成本優(yōu)勢顯著，安全優(yōu)勢突出，有望向上制衡鋰電池應(yīng)用的壟斷性。同時(shí)，鈉離子電池與鋰電池的制造工藝相似，生產(chǎn)線可以快捷切換，也有助于調(diào)動(dòng)現(xiàn)有鋰電池產(chǎn)能的積極性。
今年2月舉辦的“第二屆全國鈉電池研討會(huì)”上，思皓新能源與中科海鈉聯(lián)合打造的鈉離子電池試驗(yàn)車公開亮相。此次裝車試驗(yàn)的思皓花仙子首次應(yīng)用了蜂窩電池技術(shù)的鈉離子電池包，續(xù)航里程為252公里，電池容量為25千瓦時(shí)，快充充電時(shí)間為15分鐘至20分鐘。由中科海鈉投資建設(shè)的鈉離子電池規(guī)?；慨a(chǎn)線已于2022年11月正式投產(chǎn)。
寧德時(shí)代表示，該公司研發(fā)的鈉離子電池預(yù)計(jì)將于今年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，具體規(guī)模取決于客戶項(xiàng)目的進(jìn)展情況。寧德時(shí)代特別提到，鈉離子電池成本優(yōu)勢比較明顯，待供應(yīng)鏈成熟后會(huì)更具優(yōu)勢。孚能科技此前也對(duì)外宣布，收到江西江鈴集團(tuán)新能源汽車有限公司的通知，同意就EV3車型開展鈉離子電池前期適配性預(yù)研工作。根據(jù)客戶生產(chǎn)、銷售計(jì)劃，應(yīng)用鈉離子電池的EV3車型將在2023年上市銷售。
盡管鈉離子電池的進(jìn)展突飛猛進(jìn)，但整體看仍然處于“從0到1”的階段。面對(duì)新技術(shù)的進(jìn)步以及鋰價(jià)可能長期處于高位，鈉離子電池應(yīng)用場景將會(huì)逐漸擴(kuò)大，從而推進(jìn)對(duì)磷酸電池及鉛酸電池的替代，而在大型儲(chǔ)能領(lǐng)域，鈉離子電池則還有很長的路要走。
備受關(guān)注的還有鋰硫電池。
鋰硫電池在正極材料中使用了硫碳復(fù)合物，負(fù)極則為鋰金屬，利用氧化還原反應(yīng)完成離子移動(dòng)和正負(fù)極材料還原，并實(shí)現(xiàn)充放電。由于負(fù)極材料使用了鋰金屬，鋰硫電池的能量密度大大提高，這也是鋰硫電池的最大優(yōu)勢。相比磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池，鋰硫電池的能量密度更高，有望在續(xù)航里程上實(shí)現(xiàn)新突破。更關(guān)鍵的是，由于沒有鎳、鈷、錳等金屬，鋰硫電池的重量更輕，成本也更低。不僅如此，鋰硫電池正極材料所需的單質(zhì)硫可以從硫磺中通過進(jìn)一步加工獲得，而2022年我國硫磺產(chǎn)量超過900萬噸，這是鋰硫電池能實(shí)現(xiàn)低價(jià)的基礎(chǔ)。
當(dāng)然，鋰硫電池的普及也需突破多重技術(shù)瓶頸。例如，在充放電過程中，硫的體積膨脹、收縮幅度都比較大，這不僅會(huì)影響導(dǎo)電效率，還會(huì)增加正極結(jié)構(gòu)的變化風(fēng)險(xiǎn)，降低循環(huán)的穩(wěn)定性。
回收再利用賦予電池“第二生命”
與動(dòng)力電池技術(shù)開發(fā)同樣備受關(guān)注的，還有廢舊電池的再利用。曾當(dāng)選世界經(jīng)濟(jì)論壇全球杰出青年的比安卡·戈貝爾常年關(guān)注電池回收領(lǐng)域，她認(rèn)為，即便加大礦產(chǎn)開采，世界也將會(huì)迎來電池材料短缺，回收利用技術(shù)升級(jí)則將提供全新的解決方案。
比安卡·戈貝爾說，目前電力及能源行業(yè)排放的溫室氣體已經(jīng)占到全行業(yè)的三分之一，甚至超過傳統(tǒng)工業(yè)、交通業(yè)等。她預(yù)計(jì)，到2030年鋰離子電池的年需求量將達(dá)到2.8億千瓦時(shí)，鎳、鋰等材料在2027年左右就會(huì)開始出現(xiàn)明顯短缺，與此伴生的是電池行業(yè)對(duì)環(huán)境的威脅將進(jìn)一步擴(kuò)大。因此，各國建設(shè)更大規(guī)模的電池材料回收體系刻不容緩。
“完整的回收體系將賦予電池‘第二生命’。”比安卡·戈貝爾認(rèn)為，電池經(jīng)過合理的梯次利用，能夠有效延長其使用壽命。她舉例表示，即便只保留原始健康狀態(tài)百分之七十甚至更低的電池，也可以應(yīng)用到市政儲(chǔ)能等領(lǐng)域。
電池回收技術(shù)是實(shí)現(xiàn)電池低碳化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。近年來，隨著動(dòng)力電池退役潮來臨，大量新興企業(yè)進(jìn)入電池回收領(lǐng)域。目前，我國鋰鎳等部分高價(jià)值元素回收技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平，但面臨產(chǎn)業(yè)鏈上下游各自為戰(zhàn)、環(huán)境污染壓力大、無資質(zhì)企業(yè)擾亂市場等現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)。
華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授姚永剛說，從主流的回收方式來看，能量殘值較高的電池主要被梯次利用渠道吸納，電池組經(jīng)過檢測拆分重組等工藝后，將重新用于風(fēng)光發(fā)電、通信基站、市政設(shè)施等使用場景；殘值較低的則會(huì)通過回收利用，即利用暴力破碎、材料篩分、酸堿溶出萃取等工藝，實(shí)現(xiàn)對(duì)高價(jià)值元素的回收，但同時(shí)不可避免帶來大量的廢水廢氣廢固污染。
目前，上下游企業(yè)協(xié)同聯(lián)動(dòng)的電池回收體系尚未建成。中國電池聯(lián)盟高級(jí)顧問、綜合部主任楊清雨表示，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈包括所有電池應(yīng)用端、回收渠道、網(wǎng)絡(luò)、梯次利用、預(yù)處理、材料再利用等多個(gè)環(huán)節(jié)，不可避免會(huì)出現(xiàn)技術(shù)壁壘、數(shù)據(jù)壁壘以及物流壁壘。
專家建議，針對(duì)目前回收利用行業(yè)內(nèi)產(chǎn)業(yè)化技術(shù)工藝與裝備落后的現(xiàn)狀，要加強(qiáng)研發(fā)平臺(tái)建設(shè)，鼓勵(lì)龍頭企業(yè)、優(yōu)勢高校建設(shè)國家和省級(jí)創(chuàng)新中心等研發(fā)平臺(tái)， 鼓勵(lì)企業(yè)加大研發(fā)投入力度。同時(shí)，激勵(lì)企業(yè)在退役電池的拆解、分選、配組、清潔高效回收利用等環(huán)節(jié)開展自主研發(fā)或者產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目合作，以科技創(chuàng)新為基石，真正賦予廢舊電池“新生”。
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