AutoR智驾 2020-05-14 12:47
动力电池期盼奇点时刻:石墨烯、刀片与无钴电池三大技术路线同迎突破
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有观点认为电池技术已到达瓶颈,电动车频繁自燃即是证明,下一步应该大范围普及充电桩,但也有人说,电池技术即将突破,电动汽车未来的使用场景与燃油车无异。汽车的电动时代,安全高容量电池是一个绕不过的坎,也是电动汽车能否真正替代燃油车的核心,在电池技术到达天花板之时也可能意味着新技术的爆发奇点时刻不再遥远。

连日来,动力电池领域新闻不断。


这些声音既牵动着消费者,也影响着资本市场。


5月13日,广汽集团旗下的广汽新能源对外宣布:今年底,石墨烯电池量产研发工作将终于从实验室走向实车,广汽新能源埃安车型将搭载相关技术成果。

 

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“基于广汽三维结构石墨烯(3DG)材料而研发的“超级快充电池” 已经完成电芯、模组、电池包样件的测试工作,并搭载整车进行了装车大功率充电测试,电池寿命和安全性均已达到使用标准。


据测试,“超级快充电池”仅需8分钟就可以将电池充电至85%,充电时间与传统燃油车的加油时间相当。”

 

5月11日,宁德时代举行了2019年度业绩网上说明会。并在说明会中表示无钴电池技术研发顺利,这意味着电池成本将进一步降低。


4月16日,特斯拉(Tesla)最新发布的一项新专利表明,其寿命达100万英里的电池又得到了进一步发展。


该项专利描述了一种新型电池锂化过程,能够提高电池质量、延长电池寿命,甚至可以节省成本,而这份专利的名称为“镍钴铝电极合成方法”(Method for Synthesizing Nickel-Cobalt-Aluminum Electrodes)。

 

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3月29日,比亚迪正式推出刀片电池,在发布会上展示了电池最为惧怕的针刺测试,并宣称刀片电池具备的的高安全、长续航、长寿命等特点,将把动力电池的发展路线重新拉回到以安全为本的正确道路上。(详见:《刀片电池:新能源领域的一大步,王传福的一小步》)

 

四家新能源企业在今年上半年前后发布了三种完全不同路线的电池新技术,而新技术要解决的问题也恰恰说明了目前新能源的困境——


充电慢,


寿命短,


不安全,


成本高。


而以广汽新源和特斯拉、比亚迪和宁德时代所宣称推进的电池技术正好完美地解决了上述四大缺陷。(《这是我听到的最直接最触目惊心的电动车电池安全讲解,但这并不意味着电动车没有未来》)


动力电池的奇点时刻真的即将到来吗?


石墨烯的商用前景仍然不明

 

2010年,石墨烯的发现者荣获了诺贝尔物理学奖。


石墨烯从此成为显学。


2017年,国家工信部制定《十三五材料领域科技创新专项规划》,将石墨烯材料技术划为重点发展领域。

 

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不可否认“石墨烯”这个名词正在以越来越多的频次出现在我们的生活中,因具备超轻、超高强度、超强导电性等特性,被认为是提高电池充电速度、推动动力电池技术进步的重要技术。

 

近年来,越来越多企业加入石墨烯电池研发制造阵营, 但一直都是只闻其“声”,未见其“物”。

 

并且越值得期待的产品,越容易被炒作为石墨烯的技术落地,在严格意义上,我们今天能买到的消费品,对于石墨烯的应用依然为0。

 

2014年据Tesla创始人兼首席执行官Elon Musk表示,特斯拉准备将Model S、即将面世的Model X跨界车以及平价电动车型Model 3的性能再度升级。“我们汽车的续航里程将有可能突破500英里”。彼时他在接受英国汽车周刊《Auto Express》的采访时如此表述。

 

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然而,Musk并没有透露这个计划的细节,但是根据众多媒体的报道,用石墨烯制造的“超级电池”有可能是特斯拉实现该计划的关键。如果认真查找几个国外相关报道,但是无一例外地都说消息源自中国媒体报道。

 

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而最近的炒作也包含了华为的P40将会搭载石墨烯电池,然而至今并没有实现。

 

事实上,国际锂电学术界和产业界并没有“石墨烯电池”这个提法。维基百科里也没有发现“graphene battery”或者“graphene Li-ion battery”这两个词条的解释。

 

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目前,几乎所有的商品锂离子电池都采用石墨类负极材料,在负极性能相似的情况下,锂离子电池的性能很大程度上取决于正极材料,所以现在锂离子电池也有按照正极来称呼的习惯,比如,磷酸铁锂电池、钴酸锂电池、锰酸锂电池、三元电池等。

 

因此石墨烯在电池中的应用有可能是正极也有可能是负极,而由于石墨烯成本是以往材料的几千倍,并不会有厂商把一个电极的材料全换成石墨烯,所以基本就不存在石墨烯电池,只存在“掺/用了石墨烯的锂离子电池/铅酸电池等”。


由于广汽新能源并没有公布技术细节,广汽新能源埃安车型将搭载的“超级快充电池”中,究竟石墨烯是以主材料还是以添加剂的身份出现仍然是迷。

 

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目前商业中的知名案例,仅有三星宣布开发出石墨烯电池,但有评论指出三星的方法和原料就决定了这不可能是个工业化的方案。

 

此外石墨烯的最大问题是成本和工艺,再加上手机电池和汽车动力电池仍有体量难度差异,目前学术上仍没有成熟的解决方案。

 

因此广汽新能源的“超级快充电池”不免让人生疑,厂商拿出一台试验车或者手机宣称充电速度极快并没有难度,石墨烯真正的难度在于成本和可靠的商业化技术突破。


而根据现有条件,石墨烯的产业化前景依然渺茫。


快充和安全是一对矛盾,解决了这一问题的企业完全可以不用再生产汽车而只需专注于电池本身即可成为当今汽车行业的关键先生。

 

我们不拒绝想象力,但残酷的真相比虚假的噱头更有意义。


刀片电池专利挂着王传福的名字,大概率靠谱

 

一个多月前,3月29日,比亚迪集团董事长兼总裁王传福在发布会上表示:“‘刀片电池’将把‘自燃’这个词从新能源汽车的字典里彻底抹掉。”


对于比亚迪来说,新能源汽车的安全一直被视为最高级别,至今一直保持着新能源车电池安全零事故。多年来,比亚迪也一直致力于电池安全方面的创新,希望彻底解决新能源汽车安全痛点,引领全球动力电池技术路线重回正道。

 

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在发布会的针刺实验中,三元锂电池,在针刺瞬间表面温度迅速超过500℃并开始剧烈燃烧,稳定性更高的传统磷酸铁锂块状电池,针刺之后无明火、有烟,表面温度达到200℃~400℃,而比亚迪的“刀片电池”,在针刺后无明火、无烟,电池表面温度维持30℃-60℃左右。

 

目前国标《电动汽车用锂离子动力蓄电池安全要求》仍然在征求意见阶段,现在仍作为可选项目由企业选择性执行,其中很大一部分原因是目前大多数三元锂电池无法通过测试。


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从成本的角度考虑,比亚迪在原有的基础上,比亚迪在电池尺寸上面做了更改,呈现“扁平”和“长条”形状,此外的技术细节比亚迪也没有过多公布。

 

但结论可以总结为三条:

 

1、刀片电池的体积能量密度提升;

 

2、刀片电池整体成本下降;

 

3、刀片电池具有非常高的安全性;

 

此外,比亚迪也宣称刀片电池已经量产并且将搭载在下个月上市的“汉”车型中。

 

而企业的重视程度也可以作为判断靠谱程度的重要依据。

 

由于很快要量产,比亚迪也需要在知识产权方面让它得到保护,而一般作为企业核心竞争力的专利都会写上企业领导的名字。

 

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我们从公开资料可以看见的信息是关于比亚迪刀片电池的核心专利上写着比亚迪创始人王传福的名字。

 

在逐渐进入夏天的阶段,中国再次发生多起电动汽车自燃事件,比亚迪从发布技术,很快量产,高度保密的做法,以解决电动车自燃问题为突破口,让一度不被看好的认为走错路线的比亚迪动力电池重回聚光灯下。

 

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但安全和电池密度容量一直是一对矛盾,刀片电池是否已经解决了这一矛盾,在“汉”上市之后相信消费者的评价会是客观的。

 

慢慢开始自研电池之路的特斯拉

 

特斯拉目前的电池供应商为松下和宁德时代,但特斯拉意图自研电池的脚步一直没有停止,大概率的原因可能是当前市场上即便目前最优秀的电池仍不能让马斯克满意。

 

目前有报道称特斯拉发布了一项最新电池技术的专利,这一专利相对更加务实,是在以往的基础上改进而来。

 

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特斯拉宣称以前的电池加热方法有时会导致名为锂基板 Li5AIO4 的杂质形成,而降低电池中的锂含量。


虽然可以减少污染,但也会使电池的性能变差。


为了解决上述问题,特斯拉提出了“合成镍钴铝电极的方法”。

 

如专利中所述,电池将被加热到足以使单晶生长的温度。


锂与其他金属的比例经过修改后,将有限限制第一次加热过程中杂质的形成。锂将在低于第一个加热周期的温度下进行第二次加热。


参与该专利的研究人员指出,该工艺有助于开发出无杂质的单晶 NCA,使电池可以达到 4000 多次充电周期。

 

特斯拉在专利中写道,在电池中使用 NCA 电极将使单晶材料无杂质地呈现出来,污染物的减少可能会延长电池的整体寿命,这将帮助特斯拉为其汽车生产续航可达 100 万英里电池的道路上迈出一大步。

 

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事实上特斯拉的电池一直处于改进的状态,多年来,公司用于车辆和能量存储系统的电池变得更加高能量密度。借助千兆工厂等设施实现的规模经济,也在很大程度上帮助特斯拉接近每千瓦时 100美元的水平。


人们普遍认为,在这个水平上,电动汽车的价格可以达到与内燃汽车相当的水平。

 

也就是说,特斯拉依然坚持三元锂电池的技术道路,并且在不断的改进优化以及节省成本,目前来看特斯拉的技术路线是最为稳妥的方式,虽然根本性的技术突破概率小,但对于一个可持续化的商业来讲,这就是最优选择。


宁德时代:“刀片电池”我们更好,无钴电池研发顺利


5月11日,宁德时代举行了2019年度业绩网上说明会。在说明会上,宁德时代与特斯拉的合作细节成为了被投资者提及最多的问题之一。


宁德时代董事长曾毓群在业绩说明会上表示:“宁德时代将在今年下半年正式向特斯拉供货,供货产品将不限于磷酸铁锂或者三元电池,具体取决于市场需求。”


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“马斯克告诉我,特斯拉希望自己做电池。据我了解,他们的技术路线对我们不会有冲击。而且我们在共同探讨如何把电池做得更好,以服务新能源事业。”曾毓群进一步透露,宁德时代有自己的“无钴”电池技术储备,目前研发进展顺利,正在想办法搞好供应链,因为这是一个全新的、颠覆性的产品。


此外,宁德时代针对投资者提出的“比亚迪刀片电池技术”发表了自己的看法:“刀片电池也是宁德时代 2016 年量产的 CTP(Cell to Pack,无模组动力电池包)结构创新概念中的一种,我们已经选择并量产 CTP 结构创新里最优的几种,比如 CTP-0、CTP-1、CTP-2。”曾毓群表示。


目前来看,宁德时代作为中国第一大电池供应商,不仅在三元锂电池和磷酸铁锂电池发展迅速,在新一代电池研发层面也丝毫没有松懈。


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据了解,目前市面上大部分电池又含有钴元素,钴元素本身属于稀有金属,是电池组成材料当中最为昂贵的材料之一,无钴电池因为不含有钴元素,所以在电池成本当中费用相对于三元锂电池来说价格会低五分之一左右的价格。


而和比亚迪的隔空对话,由于双方的新一代电池仍然没有量产产品,技术上仍无法对比。


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但比亚迪也是隔空回复了一条微博,并且对宁德时代持有怀疑态度。


但无论如何,宁德时代在多品类电池的综合实力是毋庸置疑的,而电池成本的痛点也是制约新能源发展必须要解决的问题,无钴电池技术未来可期。

 

多种技术路线共存下的发展

 

无论电池技术的路线怎么变,但它根本的目的是让电动汽车变得充电快、安全高、跑得远。

 

而多种路线的产生,也正在说明目前的技术道路仍然没有最优解的方向产生,对于国内我们希望找到弯道超车的办法,也希望能有更多的想象力,这是人类社会进步的动力。

 

但我们不希望为了噱头而去宣称什么,电池技术的发展看似发展缓慢,但即便从2014年特斯拉进入中国起,这六年来,动力电池技术的发展是翻天覆地的。


但是在层出不穷的电动汽车自燃面前,更需要整个行业一起踏实努力,就如同松下18650电池的容量3.2-3.5-3.7-4.0Ah这样一点点涨。


这种非爆发式的但积累式的进步可能是电动汽车行业可以稳定健康发展的最佳模式。

 

动力电池是否迎来一个可预期的奇点时刻?


在没有基础科学的重大突破之下,动辄100%以上的突破,若干年后都可能会成为一个笑话。


但当电动汽车成为一个健康的行业,形成了可盈利的产业链,无论是在技术层面还是商业层面,迎来突破都将只是时间问题。


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