動(dòng)力電池作為新能源汽車的“心臟”，其重要性不言而喻。隨著電動(dòng)汽車銷量增長，動(dòng)力電池產(chǎn)量也不斷增加。根據(jù)中國汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2020年我國動(dòng)力電池裝車量累計(jì)63.6GWh；高工產(chǎn)研鋰電研究所統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國2020年動(dòng)力電池市場(chǎng)規(guī)模約為650億元，全社會(huì)對(duì)動(dòng)力電池的關(guān)注不斷提升，就連消費(fèi)者買車，都知道問一問車輛用的電池是三元還是磷酸鐵鋰。
隨著現(xiàn)有技術(shù)不斷成熟，接下來動(dòng)力電池技術(shù)路線應(yīng)何去何從？電動(dòng)車自燃引發(fā)的熱議也從未休止，未來的電池安全將如何保障？有數(shù)據(jù)顯示2025年我國退役電池將達(dá)到100GWh，國家、企業(yè)在電池回收與再利用上又有什么規(guī)劃？
在10月11日-12日于南京召開的2021全球新能源與智能汽車供應(yīng)鏈創(chuàng)新大會(huì)上，行業(yè)專家、企業(yè)高層共同分享了他們對(duì)動(dòng)力電池行業(yè)未來發(fā)展趨勢(shì)的一些考量：動(dòng)力電池或?qū)@“降鈷調(diào)鎳”進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，終極方向是固態(tài)電池；動(dòng)力電池安全將在采用穩(wěn)定材料的同時(shí)，通過更精確的數(shù)據(jù)收集與更精準(zhǔn)的算法模型進(jìn)行監(jiān)控；回收利用則需要政府與企業(yè)通力合作，實(shí)現(xiàn)梯次利用，打造“城市礦山”。
動(dòng)力電池技術(shù)路徑：降鈷勢(shì)在必行 固態(tài)電池是長期方向
根據(jù)中國電池工業(yè)協(xié)會(huì)副理事長黃學(xué)杰介紹，目前我國新能源汽車主流的動(dòng)力電池形式有兩種，分別是安全性高、成本較低、里程有限的鐵鋰電池和里程較長、價(jià)格略高、安全性有提升空間的三元鋰電池，這兩種電池都在市場(chǎng)上有不錯(cuò)的表現(xiàn)。
業(yè)內(nèi)人士向記者介紹，目前的技術(shù)，還有進(jìn)一步發(fā)展的空間，主要方向是提升能量密度、降低成本，以此更好地走向市場(chǎng)化、吸引消費(fèi)者，這也能在一定程度上更好地推進(jìn)節(jié)能減排。而電池材料主要是要向低鈷電池發(fā)力。由于我國鈷資源稀缺，絕大多數(shù)鈷資源集中在非洲國家剛果，不僅進(jìn)口價(jià)格高，全球儲(chǔ)量也有限。所以電池技術(shù)發(fā)展一定是要降低電池正極材料中的鈷元素的?，F(xiàn)在各大企業(yè)、機(jī)構(gòu)都在推進(jìn)低鈷、甚至是無鈷材料的電池。
低鈷、無鈷電池的方向在哪里？黃學(xué)杰從技術(shù)角度主要分享了降鎳、升鎳兩條發(fā)展路徑，首先是以“降鎳”為核心，發(fā)展鎳錳酸鋰電池。在2010年前后，日產(chǎn)熱銷全球的一款電動(dòng)汽車聆風(fēng)曾采用了完全不同于現(xiàn)在技術(shù)的電池——錳酸鋰電池。這款電池安全性高，但續(xù)航里程有限，黃學(xué)杰認(rèn)為，可以通過在錳酸鋰電池中，將1/4的錳換成鎳（相比后面說的低鈷高鎳三元鋰電池，還是降鎳技術(shù)），以此提升電池的高壓，再匹配石墨負(fù)極，鎳錳酸鋰電池電壓可達(dá)4.5V，高于磷酸鐵鋰電池與三元鋰電池的標(biāo)準(zhǔn)電壓，有更好的能量密度優(yōu)勢(shì)，有效提升續(xù)航。黃學(xué)杰進(jìn)一步解釋道，鎳錳酸鋰電池在幾乎只調(diào)整了正極材料后，可比磷酸鐵鋰電池單位體積能量提升40%、成本降低20%。目前鎳錳酸鋰電池的技術(shù)瓶頸主要在耐高溫和循環(huán)性方面，黃學(xué)杰表示，自己的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在此領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了突破。
公開資料顯示，目前長城汽車旗下的蜂巢能源打造的“無鈷電池”技術(shù)就在向鎳酸鋰電池發(fā)力。
黃學(xué)杰介紹的第二條發(fā)展路徑是在三元鋰電池的基礎(chǔ)上，降鈷升鎳。鎳在成本相比鈷更低的同時(shí)，可以為電池提供更高的能量密度，提升續(xù)航。高鎳低鈷的電池內(nèi)部容量可以從160mAh/g提高到180mAh/g，繼續(xù)提升到200mAh/g。該技術(shù)的極限是把鈷完全去掉的鎳酸鋰電池，結(jié)合升級(jí)的負(fù)極材料，能量密度可以比三元鋰電池提升40%，從現(xiàn)階段的不到700提升到1000Wh/L。目前該技術(shù)的突破點(diǎn)在足夠好的壽命和穩(wěn)定性。新能源汽車巨頭特斯拉現(xiàn)在就在向高鎳低鈷的電池技術(shù)發(fā)力。
中國電子科技集團(tuán)公司第十八研究所研究員肖成偉也提到目前高鎳三元材料也可以打造固液混合電池，這類電池作為一個(gè)過渡的技術(shù)和產(chǎn)品也會(huì)有一個(gè)非常好的發(fā)展前景。公開資料顯示，蔚來汽車就曾計(jì)劃將在全新轎車ET7上搭載半固態(tài)電池技術(shù)。
此外，黃學(xué)杰還提到了固態(tài)電池的發(fā)展。在他看來，固態(tài)電池是革命性的技術(shù)，全國的“英雄好漢”都在爭(zhēng)項(xiàng)目，希望通過原理創(chuàng)新做出全固態(tài)電池，為下一代600Wh/kg的電池做奮斗，那時(shí)候的電池甚至能夠支持飛機(jī)的運(yùn)行。
提升動(dòng)力電池安全兩步走 升級(jí)材料、提高監(jiān)測(cè)能力
上海前晨汽車科技創(chuàng)始人董事長兼首席執(zhí)行官黃晨東提到，隨著新能源車的保有量不斷擴(kuò)大，電池前幾年出現(xiàn)了不少安全問題，消費(fèi)者們也對(duì)于電動(dòng)汽車電池安全問題愈發(fā)重視。對(duì)此，國家法規(guī)不斷嚴(yán)格，在提出熱失控提前5分鐘預(yù)警的強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)外，在BMS、放電模式等方面也都建立起了推薦的標(biāo)準(zhǔn)。
在黃晨東看來，為了讓動(dòng)力電池安全性不斷提升，企業(yè)們一方面要不斷應(yīng)用穩(wěn)定性更高的材料，另一方面則要做好數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。
黃晨東介紹，無論是行業(yè)關(guān)注的低鎳技術(shù)，還是被寄予厚望的固態(tài)電池，它們都采用了更加安全的材料。此外，企業(yè)們還為電池包加入斷電保護(hù)系統(tǒng)、電芯加入防短路材料、匹配液冷恒溫系統(tǒng)，用以升級(jí)電池安全；4S店要在消費(fèi)者維保時(shí)對(duì)車輛電池的機(jī)械結(jié)構(gòu)檢查，企業(yè)則需要在平時(shí)通過監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)對(duì)電池進(jìn)行判斷，其中日常監(jiān)測(cè)尤為重要。
黃晨東認(rèn)為日常的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)有兩個(gè)重要的技術(shù)環(huán)節(jié)，一是做到精確高頻次的數(shù)據(jù)采集、二是建立正確的應(yīng)力模型進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。
上海市新能源汽車公共數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)研究中心副主任丁曉華也提到，數(shù)據(jù)采集頻率提升十分重要。我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)是30秒出一組數(shù)據(jù)，實(shí)際采樣過程中很多企業(yè)要求10秒一組。但此兩種頻率產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不僅不能反映出電池特征，在一些交通事故回溯過程中的作用也較為有限。
所以丁曉華、黃晨東都提到了將數(shù)據(jù)的采集頻率提高到1秒。一方面可以對(duì)電池進(jìn)行預(yù)警，另一方面相關(guān)數(shù)據(jù)還可以在其它領(lǐng)域協(xié)助事件回溯。
在黃晨東看來，除了要在保證精確度的同時(shí)將數(shù)據(jù)的采集頻率提升外，電池監(jiān)測(cè)企業(yè)還要在數(shù)據(jù)分析上從過去的單應(yīng)力模型向多應(yīng)力模型轉(zhuǎn)變。多應(yīng)力模型要在軟件設(shè)計(jì)上，把電池倍率、溫度、放電深度、高電壓等因素疊加起來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，避免一個(gè)應(yīng)力模型抓不到電池的異常特征導(dǎo)致沒有提前預(yù)警。
總之電池系統(tǒng)的安全，不僅要有材料技術(shù)的提升，更要有全周期的監(jiān)控管理，兩者都是未來技術(shù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。
2025年動(dòng)力電池退役超100GWh 梯次利用與回收使電池成本降低20%以上
隨著新能源汽車經(jīng)歷多年的發(fā)展，一些車輛已經(jīng)進(jìn)入了報(bào)廢環(huán)節(jié)。電池回收與再利用也漸漸進(jìn)入到人們的視野中。中汽數(shù)據(jù)有限公司資深主管王攀表示，據(jù)預(yù)測(cè)2025年我國動(dòng)力電池累計(jì)退役量將超過100GWh，大量車載電池面臨退役，一方面這些電池多數(shù)還處于較好的狀態(tài)，只是不再滿足車規(guī)級(jí)要求，可以作為儲(chǔ)能電池使用；另一方面這些電池富含稀有金屬，可以被視為“城市礦山”，再次提煉。梯次利用協(xié)同開發(fā)城市礦山對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行回收，不僅可以降低碳排放，也可以緩解上游原材料價(jià)格的上漲以及目前的金屬資源短缺、依賴進(jìn)口的問題。根據(jù)江蘇華友循環(huán)科技有限公司總經(jīng)理鮑偉提供的數(shù)據(jù)，2020年剛果（金）的鈷含量達(dá)到全球的51.5%，中國則只有1%。開展電池梯次利用、對(duì)“城市礦山”進(jìn)行開發(fā)十分必要。
動(dòng)力電池的梯次利用與回收有較積極的市場(chǎng)，其利潤也漸漸顯現(xiàn)出來。王攀表示，從整個(gè)電池回收利用經(jīng)濟(jì)性測(cè)算，梯次利用的應(yīng)用場(chǎng)景當(dāng)中，以租代售的方式用到低速二輪車或者三輪車的經(jīng)濟(jì)性水平相對(duì)來說較好、投資周期較短，路燈、船舶、基站備站、儲(chǔ)能也是接下來不錯(cuò)的發(fā)展方向。從再生利用角度看，數(shù)據(jù)在動(dòng)態(tài)變化中三元鋰電池的利潤一直不錯(cuò)，隨著碳酸鋰價(jià)格的上漲，磷酸鐵鋰電池的再生利用也產(chǎn)生了較高的利潤空間。肖成偉也提到，現(xiàn)在磷酸鐵的價(jià)格已經(jīng)漲到20萬/噸，整個(gè)磷酸鐵鋰資源再生的經(jīng)濟(jì)性已經(jīng)體現(xiàn)得很充分。鮑偉則向記者介紹，在適用的場(chǎng)景下，企業(yè)通過梯次利用和再生利用可以使電池成本降低20%以上。
此外，王攀還分享了國際上對(duì)動(dòng)力電池再利用的情況。2020年歐洲對(duì)于動(dòng)力電池的回收出臺(tái)了《歐洲電池新法》，其中有對(duì)“新電池材料當(dāng)中再生材料的含量提出了比例要求”等一系列引導(dǎo)政策，或直接或間接地推動(dòng)了電池回收利用的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，甚至形成了涵蓋全生命周期的碳貿(mào)易壁壘。
在不斷變幻的國際形勢(shì)下，政府、企業(yè)協(xié)力推進(jìn)電池梯次利用與回收十分重要。目前國家也在引導(dǎo)動(dòng)力電池的梯次利用，工信部已聯(lián)合其他四部委在8月印發(fā)《新能源汽車動(dòng)力電池梯次利用管理辦法》。王攀補(bǔ)充道，未來可能會(huì)有一些機(jī)制、補(bǔ)貼優(yōu)惠、金融支持手段出現(xiàn)，推動(dòng)電池梯次利用與回收。圖片（來源：新京報(bào)貝殼財(cái)經(jīng)/作者：白昊天）
