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    動力電池技術“井噴”式突破

    經濟參考報

      在政策和市場的雙重激勵下,動力電池的材料創新和新技術應用開始活躍起來,進入“百花競秀”狀態。不過,專家認為,動力電池技術的突破不會一蹴而就,多種技術路線需要同步發展。

      技術革新潛滋暗長

      自從進入2021年后,動力電池的材料創新和新技術應用便開始活躍起來。據報道,寧德時代于7月29日推出了鈉離子電池。

      今年5月底,寧德時代董事長曾毓群曾在股東大會上透露過鈉離子電池的相關研發動向,如今,這一新技術終于揭開了面紗。

      早在20世紀70年代,鈉離子電池概念便被提出,但眼下仍處于產業化初期。與鋰離子電池相比,鈉離子電池擁有三大優勢:一是鈉離子資源豐富且分布均勻;二是鈉離子化合物價格穩定且低廉;三是鈉離子電池電化學性能相對穩定,更具安全性。

      此前,長城汽車旗下的蜂巢能源也于7月16日宣布,其研發的首款無鈷電池正式量產,并會應用于長城歐拉的櫻桃貓車型中。

      蜂巢能源方面介紹說,此次實現量產的無鈷電池能量密度達到了240瓦時/公斤,容量為115Ah-MEB,電芯循環壽命比同級別的高鎳三元電池更長,能夠輕松通過150℃的熱箱測試和140%SOC的過充測試。綜合來看,這款電池具有高安全性、高能量密度以及低成本、高循環壽命等核心優勢。

      根據官方消息,蜂巢能源計劃在2021年年底前大批量生產無鈷電池。

      事實上,隨著新能源汽車產業的發展,動力電池在材料和結構方面的創新也在不斷推進。

      今年1月初,國軒高科、廣汽埃安、蔚來汽車和智己汽車相繼發布了在電池端采用摻硅補鋰技術的硅負極材料。通過這一技術,磷酸鐵鋰電池的能量密度有了明顯提升,使得配套相關電池的車輛可以實現1000公里的超長續航。

      據了解,蔚來汽車、智己汽車搭載這種新型材料和技術動力電池的車型將于明年上市,而廣汽埃安計劃于今年下半年將相關車型推向市場。

      而蔚來汽車今年早些時候推出的150瓦時固態電池,更是在業內掀起了軒然大波。

      眾所周知,液態鋰電池一旦受到擠壓、穿刺,就會造成隔膜破裂,導致正負極短路,從而引起電池起火甚至爆炸。另外,液態鋰離子電池的能量密度也存在天花板。

      正是因為擁有安全性和較高能量密度的優勢,固態電池被業界稱為下一代動力電池。

      安全性成重中之重

      不論是鈉離子電池、無鈷電池還是固態電池,業界認為,除了增加續航外,動力電池革新的另一大任務就是提升其安全性。

      近日,國家市場監管總局缺陷產品管理中心公布了上半年的汽車召回數據。調查顯示,2021年上半年,我國共召回存在缺陷的新能源車輛128.38萬輛,約占總召回缺陷車輛的33%,而動力電池正是新能源汽車被召回的最主要原因。

      數據顯示,今年1月至7月,因動力電池問題而實施召回的車企就有7家,共計召回56399輛問題新能源車。

      其中,召回最多的車企是北汽新能源。今年3月23日,北汽新能源決定自2021年3月24日起,召回2016年11月1日至2018年12月21日生產的EX360和EU400兩款純電動汽車,共計31963輛,原因是部分車輛的動力電池系統存在一致性差異,容易導致電池起火。

      而最引人關注的無疑是長城汽車與奇瑞公司的召回事件。7月16日,因存在動力電池熱失控風險,長城汽車、奇瑞公司主動召回了17623輛新能源汽車。

      業界認為,新能源汽車正在進入大規模市場化的快車道,在這個時間節點,動力電池的安全問題有可能成為汽車電動化進程中的“不定時炸彈”。因此,安全技術不僅是動力電池技術革命性突破的第一重點,也是電動汽車可持續發展的生命線。

      圍繞安全技術的突破,不少動力電池企業開始與時間賽跑。

      去年9月29日,寧德時代董事長曾毓群在2020世界新能源汽車大會上透露,寧德時代已經開發出不起火只冒煙的電池產品,將于年底在一些車型上量產。

      在寧德時代之后,蜂巢能源也于當年12月2日給出了能讓動力電池不起火的系統性解決方案——冷蜂。蜂巢能源方面表示,通過材料、電芯、電池包、監控系統四大層級的原創技術,冷蜂方案能完整解決動力電池的熱失控問題。

      廣汽埃安則在今年3月10日發布了自己的“彈匣電池”系統安全技術,并宣稱該技術已突破對三元鋰電池安全要求最嚴苛的“針刺試驗”瓶頸。

      據了解,廣汽埃安的“彈匣電池”技術,既不是純粹的結構優化,也不是簡單的增加隔熱,而是從電芯本征安全提升到被動安全強化,再到軟件主動防控的一整套安全技術。

      業界認為,動力電池的安全是一個系統性問題,既涉及材料研究,也與技術應用、結構優化等問題息息相關。因此,實現電池安全,需要各方面共同努力。同時,在保證安全性的前提下,多種技術路線需要同步發展。

      雙重激勵多元創新

      成本高、能量密度不足、保值率低、充電慢、有自燃風險……從零部件的角度來看,當下純電動汽車所有的槽點都源于動力電池。

      為推動電動汽車、車用動力電池等新型動力的研究和產業化,自2004年以來,我國發布了多項相關政策及規劃!缎履茉雌嚠a業發展規劃(2021-2035年)》明確提出,要實施電池技術突破行動;推動動力電池全價值鏈發展,建設動力電池高效循環利用體系;加快推動動力電池回收利用立法等規劃。而根據《促進汽車動力電池產業發展行動方案》,到2025年,新體系動力電池技術力爭取得突破性進展,單體比能量達500瓦時/公斤。

      在政策和市場的雙重激勵下,動力電池企業正持續加碼研發費用的投入。

      數據顯示,截至2020年年底,A股帶有鋰電池概念的上市公司共計75家,而通過統計以上企業近三年的研發投入費用總和后發現,該數值正快速上升:2018年為194.56億元,2019年升至236.03億元,2020年這一數字為286.4億元。

      與此同時,75家A股鋰電池概念公司的研發投入費用占其營業收入的比例也正逐年增加:從2018年的4.56%和2019年的4.97%,逐步增加到2020年的5.16%。

      事實上,正是動力電池企業在研發方面的大力布局和投入,持續推動著動力電池技術和工藝的創新發展,使行業進入“百花競秀”的狀態。

      近幾年,國內多家電池企業在電池結構、工藝、材料等維度,率先提出了多個“創新概念”,其中一些創新技術或手段已付諸實際應用。比如,寧德時代2019年發布了CTP技術、比亞迪2020年推出刀片電池技術。

      此外,孚能科技也在積極儲備下一代動力電池技術,其半固態/固態電芯及工藝開發進程正在快速推進,半固態凝膠電池已進入商業化階段。

      不過,目前來看,動力電池制造仍是一個高門檻行業:一方面,其具有以電化學為核心、 多學科交叉的特點,需要企業進行系統研究;另一方面,由于生產工藝復雜、過程控制嚴格,其原材料的選擇、輔助材料的應用,以及生產流程的設置等均需要企業擁有多年的技術經驗積累。與此同時,由于動力電池企業不僅需要在磷酸鐵鋰、三元等多種現有技術路線下,對能量密度、安全性、快充性能、使用壽命等諸多維度進行“深挖”、優化,并做好平衡,還需要兼顧下一代可能的電池技術方向,并提前布局。

      正因為如此,市場人士認為,動力電池技術的突破不會一蹴而就,我們不僅需要加強電池材料等方面的基礎研究,明確企業在技術路線選擇中的主體地位,也要完善動力電池商業生態,并與大數據、云計算、人工智能等新技術結合起來,通過新的智能制造技術提升電池產品性能,并加速動力電池的智能化。

      

      

      

      

      

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