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動(dòng)力鋰電池期盼奇點(diǎn)時(shí)刻:石墨烯刀片無(wú)鈷電池三大技術(shù)路線(xiàn)同迎突破

鉅大鋰電  |  點(diǎn)擊量:0  |  2020年06月22日  

人說(shuō),電池已經(jīng)到達(dá)瓶頸,電動(dòng)汽車(chē)頻繁自燃即是證明,下一步應(yīng)該在更大的范圍普及充電樁,但也有人說(shuō),電池技術(shù)即將突破,電動(dòng)汽車(chē)未來(lái)的使用場(chǎng)景與燃油車(chē)無(wú)異。汽車(chē)的電動(dòng)時(shí)代,安全高容量電池是一個(gè)繞不過(guò)的坎,也是電動(dòng)汽車(chē)能否真正替代燃油車(chē)的核心,在電池技術(shù)到達(dá)天花板之時(shí)也可能意味著新技術(shù)的爆發(fā)奇點(diǎn)時(shí)刻不再遙遠(yuǎn)。


連日來(lái),動(dòng)力鋰電池領(lǐng)域新聞不斷。


這些聲音既牽動(dòng)著消費(fèi)者,也影響著資本市場(chǎng)。


五月十三日,廣汽集團(tuán)旗下的廣汽新能源對(duì)外宣布:今年底,石墨烯電池量產(chǎn)研發(fā)工作將終于從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嵻?chē),廣汽新能源埃安車(chē)型將搭載相關(guān)技術(shù)成果。


“基于廣汽三維結(jié)構(gòu)石墨烯(3DG)材料而研發(fā)的“超級(jí)快充電池”已經(jīng)完成電芯、模組、電池包樣件的測(cè)試工作,并搭載整車(chē)進(jìn)行了裝車(chē)大功率充電測(cè)試,電池壽命和安全性均已達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。


據(jù)測(cè)試,“超級(jí)快充電池”僅需8分鐘就可以將電池充電至85%,充電時(shí)間與傳統(tǒng)燃油車(chē)的加油時(shí)間相當(dāng)。”


五月十一日,寧德時(shí)代舉辦了2019年度業(yè)績(jī)網(wǎng)上說(shuō)明會(huì)。并在說(shuō)明會(huì)中表示無(wú)鈷電池技術(shù)研發(fā)順利,這意味著電池成本將進(jìn)一步降低。


四月十六日,特斯拉(Tesla)最新公布的一項(xiàng)新專(zhuān)利表明,其壽命達(dá)100萬(wàn)英里的電池又得到了進(jìn)一步發(fā)展。


該項(xiàng)專(zhuān)利描述了一種新型電池鋰化過(guò)程,能夠提高電池質(zhì)量、延長(zhǎng)電池壽命,甚至可以節(jié)省成本,而這份專(zhuān)利的名稱(chēng)為“鎳鈷鋁電極合成方法”(MethodforSynthesizingNickel-Cobalt-AluminumElectrodes)。


三月二十九日,比亞迪正式推出刀片電池,在公布會(huì)上展示了電池最為懼怕的針刺測(cè)試,并宣稱(chēng)刀片電池具備的的高安全、長(zhǎng)續(xù)航、長(zhǎng)壽命等特點(diǎn),將把動(dòng)力鋰電池的發(fā)展路線(xiàn)重新拉回到以安全為本的正確道路上。(詳見(jiàn):《刀片電池:新能源領(lǐng)域的一大步,王傳福的一小步》)


四家新能源公司在今年上半年前后公布了三種完全不同路線(xiàn)的電池新技術(shù),而新技術(shù)要解決的問(wèn)題也恰恰說(shuō)明了目前新能源的困境——


充電慢,


壽命短,


不安全,


成本高。


而以廣汽新源和特斯拉、比亞迪和寧德時(shí)代所宣稱(chēng)推進(jìn)的電池技術(shù)正好完美地解決了上述四大缺陷。(《這是我聽(tīng)到的最直接最觸目驚心的電動(dòng)汽車(chē)電池安全講解,但這并不意味著電動(dòng)汽車(chē)沒(méi)有未來(lái)》)


動(dòng)力鋰電池的奇點(diǎn)時(shí)刻真的即將到來(lái)嗎?


石墨烯的商用前景仍然不明


2010年,石墨烯的發(fā)現(xiàn)者榮獲了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。


石墨烯從此成為顯學(xué)。


2017年,國(guó)家工信部制定《十三五材料領(lǐng)域科技創(chuàng)新專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃》,將石墨烯材料技術(shù)劃為重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。


不可否認(rèn)“石墨烯”這個(gè)名詞正在以越來(lái)越多的頻次出現(xiàn)在我們的生活中,因具備超輕、超高強(qiáng)度、超強(qiáng)導(dǎo)電性等特性,被認(rèn)為是提高電池充電速度、推動(dòng)動(dòng)力鋰電池技術(shù)進(jìn)步的重要技術(shù)。


近年來(lái),越來(lái)越多公司加入石墨烯電池研發(fā)制造陣營(yíng),但一直都是只聞其“聲”,未見(jiàn)其“物”。


并且越值得期待的產(chǎn)品,越容易被炒作為石墨烯的技術(shù)落地,在嚴(yán)格意義上,我們今天能買(mǎi)到的消費(fèi)品,關(guān)于石墨烯的應(yīng)用依然為0。


2014年據(jù)Tesla創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官ElonMusk表示,特斯拉準(zhǔn)備將ModelS、即將面世的ModelX跨界車(chē)以及平價(jià)電動(dòng)汽車(chē)型Model3的性能再度升級(jí)?!拔覀兤?chē)的續(xù)航里程將有可能突破500英里”。彼時(shí)他在接受英國(guó)汽車(chē)周刊《AutoExpress》的采訪時(shí)如此表述。


然而,Musk并沒(méi)有透露這個(gè)計(jì)劃的細(xì)節(jié),但是根據(jù)眾多媒體的報(bào)道,用石墨烯制造的“超級(jí)電池”有可能是特斯拉實(shí)現(xiàn)該計(jì)劃的關(guān)鍵。假如認(rèn)真查找?guī)讉€(gè)國(guó)外相關(guān)報(bào)道,但是無(wú)一例外地都說(shuō)消息源自我國(guó)媒體報(bào)道。


而最近的炒作也包含了華為的p40將會(huì)搭載石墨烯電池,然而至今并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。


事實(shí)上,國(guó)際鋰電學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界并沒(méi)有“石墨烯電池”這個(gè)提法。維基百科里也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)“graphenebattery”或者“grapheneLi-ionbattery”這兩個(gè)詞條的解釋。


目前,幾乎所有的商品鋰離子電池都采用石墨類(lèi)負(fù)極材料,在負(fù)極性能相似的情況下,鋰離子電池的性能很大程度上取決于正極材料,所以現(xiàn)在鋰離子電池也有按照正極來(lái)稱(chēng)呼的習(xí)慣,比如,磷酸鐵鋰離子電池、鈷酸鋰離子電池、錳酸鋰離子電池、三元電池等。


因此石墨烯在電池中的應(yīng)用有可能是正極也有可能是負(fù)極,而由于石墨烯成本是以往材料的幾千倍,并不會(huì)有廠商把一個(gè)電極的材料全換成石墨烯,所以基本就不存在石墨烯電池,只存在“摻/用了石墨烯的鋰離子電池/鉛酸電池等”。


由于廣汽新能源并沒(méi)有公布技術(shù)細(xì)節(jié),廣汽新能源埃安車(chē)型將搭載的“超級(jí)快充電池”中,究竟石墨烯是以主材料還是以添加劑的身份出現(xiàn)仍然是迷。


目前商業(yè)中的知名案例,僅有三星宣布開(kāi)發(fā)出石墨烯電池,但有評(píng)論指出三星的方法和原料就決定了這不可能是個(gè)工業(yè)化的方法。


此外石墨烯的最大問(wèn)題是成本和工藝,再加上手機(jī)電池和汽車(chē)動(dòng)力鋰電池仍有體量難度差異,目前學(xué)術(shù)上仍沒(méi)有成熟的解決方法。


因此廣汽新能源的“超級(jí)快充電池”不免讓人生疑,廠商拿出一臺(tái)試驗(yàn)車(chē)或者手機(jī)宣稱(chēng)充電速度極快并沒(méi)有難度,石墨烯真正的難度在于成本和可靠的商業(yè)化技術(shù)突破。


而根據(jù)現(xiàn)有條件,石墨烯的產(chǎn)業(yè)化前景依然渺茫。


快充和安全是一對(duì)矛盾,解決了這一問(wèn)題的公司完全可以不用再生產(chǎn)汽車(chē)而只需專(zhuān)注于電池本身即可成為當(dāng)今汽車(chē)行業(yè)的關(guān)鍵先生。


我們不拒絕想象力,但殘酷的真相比虛假的噱頭更加有意義。


刀片電池專(zhuān)利掛著王傳福的名字,大概率靠譜


一個(gè)多月前,三月二十九日,比亞迪集團(tuán)董事長(zhǎng)兼總裁王傳福在公布會(huì)上表示:“‘刀片電池’將把‘自燃’這個(gè)詞從新能源汽車(chē)的字典里徹底抹掉。”


關(guān)于比亞迪來(lái)說(shuō),新能源汽車(chē)的安全一直被視為最高級(jí)別,至今一直保持著新能源車(chē)電池安全零事故。多年來(lái),比亞迪也一直致力于電池安全方面的創(chuàng)新,希望徹底解決新能源汽車(chē)安全痛點(diǎn),引領(lǐng)全球動(dòng)力鋰電池技術(shù)路線(xiàn)重回正道。


在公布會(huì)的針刺實(shí)驗(yàn)中,三元鋰離子電池,在針刺瞬間表面溫度迅速超過(guò)500℃并開(kāi)始劇烈燃燒,穩(wěn)定性更高的傳統(tǒng)磷酸鐵鋰塊狀電池,針刺之后無(wú)明火、有煙,表面溫度達(dá)到200℃~400℃,而比亞迪的“刀片電池”,在針刺后無(wú)明火、無(wú)煙,電池表面溫度維持30℃-60℃左右。


目前國(guó)標(biāo)《電動(dòng)汽車(chē)用鋰離子動(dòng)力蓄電池安全要求》仍然在征求意見(jiàn)階段,現(xiàn)在仍作為可選項(xiàng)目由公司選擇性執(zhí)行,其中很大一部分原因是目前大多數(shù)三元鋰離子電池?zé)o法通過(guò)測(cè)試。


從成本的角度考慮,比亞迪在原有的基礎(chǔ)上,比亞迪在電池尺寸上面做了更改,呈現(xiàn)“扁平”和“長(zhǎng)條”形狀,此外的技術(shù)細(xì)節(jié)比亞迪也沒(méi)有過(guò)多公布。


但結(jié)論可以總結(jié)為三條:


1、刀片電池的體積能量密度提升;


2、刀片電池整體成本下降;


3、刀片電池具有非常高的安全性;


此外,比亞迪也宣稱(chēng)刀片電池已經(jīng)量產(chǎn)并且將搭載在下個(gè)月上市的“漢”車(chē)型中。


而公司的重視程度也可以作為判斷靠譜程度的重要依據(jù)。


由于很快要量產(chǎn),比亞迪也要在知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面讓它得到保護(hù),而一般作為公司核心競(jìng)爭(zhēng)力的專(zhuān)利都會(huì)寫(xiě)上公司領(lǐng)導(dǎo)的名字。


我們從公開(kāi)資料可以看見(jiàn)的信息是有關(guān)比亞迪刀片電池的核心專(zhuān)利上寫(xiě)著比亞迪創(chuàng)始人王傳福的名字。


在逐漸進(jìn)入夏天的階段,我國(guó)再次發(fā)生多起電動(dòng)汽車(chē)自燃事件,比亞迪從公布技術(shù),很快量產(chǎn),高度保密的做法,以解決電動(dòng)汽車(chē)自燃問(wèn)題為突破口,讓一度不被看好的認(rèn)為走錯(cuò)路線(xiàn)的比亞迪動(dòng)力鋰電池重回聚光燈下。


但安全和電池密度容量一直是一對(duì)矛盾,刀片電池是否已經(jīng)解決了這一矛盾,在“漢”上市之后相信消費(fèi)者的評(píng)價(jià)會(huì)是客觀的。


慢慢開(kāi)始自研電池之路的特斯拉


特斯拉目前的電池供應(yīng)商為松下和寧德時(shí)代,但特斯拉意圖自研電池的腳步一直沒(méi)有停止,大概率的原因可能是當(dāng)前市場(chǎng)上即便目前最優(yōu)秀的電池仍不能讓馬斯克滿(mǎn)意。


目前有報(bào)道稱(chēng)特斯拉公布了一項(xiàng)最新電池技術(shù)的專(zhuān)利,這一專(zhuān)利相對(duì)更加務(wù)實(shí),是在以往的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)。


特斯拉宣稱(chēng)以前的電池加熱方法有時(shí)會(huì)導(dǎo)致名為鋰基板Li5AIO4的雜質(zhì)形成,而降低電池中的鋰含量。


雖然可以減少污染,但也會(huì)使電池的性能變差。


為了解決上述問(wèn)題,特斯拉提出了“合成鎳鈷鋁電極的方法”。


如專(zhuān)利中所述,電池將被加熱到足以使單晶生長(zhǎng)的溫度。


鋰與其他金屬的比例經(jīng)過(guò)修改后,將有限限制第一次加熱過(guò)程中雜質(zhì)的形成。鋰將在低于第一個(gè)加熱周期的溫度下進(jìn)行第二次加熱。


參與該專(zhuān)利的研究人員指出,該工藝有助于開(kāi)發(fā)出無(wú)雜質(zhì)的單晶NCA,使電池可以達(dá)到4000多次充電周期。


特斯拉在專(zhuān)利中寫(xiě)道,在電池中使用NCA電極將使單晶材料無(wú)雜質(zhì)地呈現(xiàn)出來(lái),污染物的減少可能會(huì)延長(zhǎng)電池的整體壽命,這將幫助特斯拉為其汽車(chē)生產(chǎn)續(xù)航可達(dá)100萬(wàn)英里電池的道路上邁出一大步。


事實(shí)上特斯拉的電池一直處于改進(jìn)的狀態(tài),多年來(lái),公司用于車(chē)輛和能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的電池變得更加高能量密度。借助千兆廠等設(shè)施實(shí)現(xiàn)的規(guī)模經(jīng)濟(jì)


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